it's deletion -> its deletion
[CppCoreGuidelines.git] / CppCoreGuidelines.md
blobba6e4c2458643877c887dd9c4f60c5cc097196cd
1 # <a name="main"></a>C++ Core Guidelines
3 April 16, 2018
6 Editors:
8 * [Bjarne Stroustrup](http://www.stroustrup.com)
9 * [Herb Sutter](http://herbsutter.com/)
11 This is a living document under continuous improvement.
12 Had it been an open-source (code) project, this would have been release 0.8.
13 Copying, use, modification, and creation of derivative works from this project is licensed under an MIT-style license.
14 Contributing to this project requires agreeing to a Contributor License. See the accompanying [LICENSE](LICENSE) file for details.
15 We make this project available to "friendly users" to use, copy, modify, and derive from, hoping for constructive input.
17 Comments and suggestions for improvements are most welcome.
18 We plan to modify and extend this document as our understanding improves and the language and the set of available libraries improve.
19 When commenting, please note [the introduction](#S-introduction) that outlines our aims and general approach.
20 The list of contributors is [here](#SS-ack).
22 Problems:
24 * The sets of rules have not been completely checked for completeness, consistency, or enforceability.
25 * Triple question marks (???) mark known missing information
26 * Update reference sections; many pre-C++11 sources are too old.
27 * For a more-or-less up-to-date to-do list see: [To-do: Unclassified proto-rules](#S-unclassified)
29 You can [read an explanation of the scope and structure of this Guide](#S-abstract) or just jump straight in:
31 * [In: Introduction](#S-introduction)
32 * [P: Philosophy](#S-philosophy)
33 * [I: Interfaces](#S-interfaces)
34 * [F: Functions](#S-functions)
35 * [C: Classes and class hierarchies](#S-class)
36 * [Enum: Enumerations](#S-enum)
37 * [R: Resource management](#S-resource)
38 * [ES: Expressions and statements](#S-expr)
39 * [Per: Performance](#S-performance)
40 * [CP: Concurrency and parallelism](#S-concurrency)
41 * [E: Error handling](#S-errors)
42 * [Con: Constants and immutability](#S-const)
43 * [T: Templates and generic programming](#S-templates)
44 * [CPL: C-style programming](#S-cpl)
45 * [SF: Source files](#S-source)
46 * [SL: The Standard Library](#S-stdlib)
48 Supporting sections:
50 * [A: Architectural ideas](#S-A)
51 * [NR: Non-Rules and myths](#S-not)
52 * [RF: References](#S-references)
53 * [Pro: Profiles](#S-profile)
54 * [GSL: Guideline support library](#S-gsl)
55 * [NL: Naming and layout rules](#S-naming)
56 * [FAQ: Answers to frequently asked questions](#S-faq)
57 * [Appendix A: Libraries](#S-libraries)
58 * [Appendix B: Modernizing code](#S-modernizing)
59 * [Appendix C: Discussion](#S-discussion)
60 * [Appendix D: Supporting tools](#S-tools)
61 * [Glossary](#S-glossary)
62 * [To-do: Unclassified proto-rules](#S-unclassified)
64 You can sample rules for specific language features:
66 * assignment:
67 [regular types](#Rc-regular) --
68 [prefer initialization](#Rc-initialize) --
69 [copy](#Rc-copy-semantics) --
70 [move](#Rc-move-semantics) --
71 [other operations](#Rc-matched) --
72 [default](#Rc-eqdefault)
73 * `class`:
74 [data](#Rc-org) --
75 [invariant](#Rc-struct) --
76 [members](#Rc-member) --
77 [helpers](#Rc-helper) --
78 [concrete types](#SS-concrete) --
79 [ctors, =, and dtors](#S-ctor) --
80 [hierarchy](#SS-hier) --
81 [operators](#SS-overload)
82 * `concept`:
83 [rules](#SS-concepts) --
84 [in generic programming](#Rt-raise) --
85 [template arguments](#Rt-concepts) --
86 [semantics](#Rt-low)
87 * constructor:
88 [invariant](#Rc-struct) --
89 [establish invariant](#Rc-ctor) --
90 [`throw`](#Rc-throw) --
91 [default](#Rc-default0) --
92 [not needed](#Rc-default) --
93 [`explicit`](#Rc-explicit) --
94 [delegating](#Rc-delegating) --
95 [`virtual`](#Rc-ctor-virtual)
96 * derived `class`:
97 [when to use](#Rh-domain) --
98 [as interface](#Rh-abstract) --
99 [destructors](#Rh-dtor) --
100 [copy](#Rh-copy) --
101 [getters and setters](#Rh-get) --
102 [multiple inheritance](#Rh-mi-interface) --
103 [overloading](#Rh-using) --
104 [slicing](#Rc-copy-virtual) --
105 [`dynamic_cast`](#Rh-dynamic_cast)
106 * destructor:
107 [and constructors](#Rc-matched) --
108 [when needed?](#Rc-dtor) --
109 [may not fail](#Rc-dtor-fail)
110 * exception:
111 [errors](#S-errors) --
112 [`throw`](#Re-throw) --
113 [for errors only](#Re-errors) --
114 [`noexcept`](#Re-noexcept) --
115 [minimize `try`](#Re-catch) --
116 [what if no exceptions?](#Re-no-throw-codes)
117 * `for`:
118 [range-for and for](#Res-for-range) --
119 [for and while](#Res-for-while) --
120 [for-initializer](#Res-for-init) --
121 [empty body](#Res-empty) --
122 [loop variable](#Res-loop-counter) --
123 [loop variable type ???](#Res-???)
124 * function:
125 [naming](#Rf-package) --
126 [single operation](#Rf-logical) --
127 [no throw](#Rf-noexcept) --
128 [arguments](#Rf-smart) --
129 [argument passing](#Rf-conventional) --
130 [multiple return values](#Rf-out-multi) --
131 [pointers](#Rf-return-ptr) --
132 [lambdas](#Rf-capture-vs-overload)
133 * `inline`:
134 [small functions](#Rf-inline) --
135 [in headers](#Rs-inline)
136 * initialization:
137 [always](#Res-always) --
138 [prefer `{}`](#Res-list) --
139 [lambdas](#Res-lambda-init) --
140 [in-class initializers](#Rc-in-class-initializer) --
141 [class members](#Rc-initialize) --
142 [factory functions](#Rc-factory)
143 * lambda expression:
144 [when to use](#SS-lambdas)
145 * operator:
146 [conventional](#Ro-conventional) --
147 [avoid conversion operators](#Ro-conversion) --
148 [and lambdas](#Ro-lambda)
149 * `public`, `private`, and `protected`:
150 [information hiding](#Rc-private) --
151 [consistency](#Rh-public) --
152 [`protected`](#Rh-protected)
153 * `static_assert`:
154 [compile-time checking](#Rp-compile-time) --
155 [and concepts](#Rt-check-class)
156 * `struct`:
157 [for organizing data](#Rc-org) --
158 [use if no invariant](#Rc-struct) --
159 [no private members](#Rc-class)
160 * `template`:
161 [abstraction](#Rt-raise) --
162 [containers](#Rt-cont) --
163 [concepts](#Rt-concepts)
164 * `unsigned`:
165 [and signed](#Res-mix) --
166 [bit manipulation](#Res-unsigned)
167 * `virtual`:
168 [interfaces](#Ri-abstract) --
169 [not `virtual`](#Rc-concrete) --
170 [destructor](#Rc-dtor-virtual) --
171 [never fail](#Rc-dtor-fail)
173 You can look at design concepts used to express the rules:
175 * assertion: ???
176 * error: ???
177 * exception: exception guarantee (???)
178 * failure: ???
179 * invariant: ???
180 * leak: ???
181 * library: ???
182 * precondition: ???
183 * postcondition: ???
184 * resource: ???
186 # <a name="S-abstract"></a>Abstract
188 This document is a set of guidelines for using C++ well.
189 The aim of this document is to help people to use modern C++ effectively.
190 By "modern C++" we mean C++17, C++14, and C++11.
191 In other words, what would you like your code to look like in 5 years' time, given that you can start now? In 10 years' time?
193 The guidelines are focused on relatively high-level issues, such as interfaces, resource management, memory management, and concurrency.
194 Such rules affect application architecture and library design.
195 Following the rules will lead to code that is statically type safe, has no resource leaks, and catches many more programming logic errors than is common in code today.
196 And it will run fast -- you can afford to do things right.
198 We are less concerned with low-level issues, such as naming conventions and indentation style.
199 However, no topic that can help a programmer is out of bounds.
201 Our initial set of rules emphasizes safety (of various forms) and simplicity.
202 They may very well be too strict.
203 We expect to have to introduce more exceptions to better accommodate real-world needs.
204 We also need more rules.
206 You will find some of the rules contrary to your expectations or even contrary to your experience.
207 If we haven't suggested you change your coding style in any way, we have failed!
208 Please try to verify or disprove rules!
209 In particular, we'd really like to have some of our rules backed up with measurements or better examples.
211 You will find some of the rules obvious or even trivial.
212 Please remember that one purpose of a guideline is to help someone who is less experienced or coming from a different background or language to get up to speed.
214 Many of the rules are designed to be supported by an analysis tool.
215 Violations of rules will be flagged with references (or links) to the relevant rule.
216 We do not expect you to memorize all the rules before trying to write code.
217 One way of thinking about these guidelines is as a specification for tools that happens to be readable by humans.
219 The rules are meant for gradual introduction into a code base.
220 We plan to build tools for that and hope others will too.
222 Comments and suggestions for improvements are most welcome.
223 We plan to modify and extend this document as our understanding improves and the language and the set of available libraries improve.
225 # <a name="S-introduction"></a>In: Introduction
227 This is a set of core guidelines for modern C++, C++17, C++14, and C++11, taking likely future enhancements and ISO Technical Specifications (TSs) into account.
228 The aim is to help C++ programmers to write simpler, more efficient, more maintainable code.
230 Introduction summary:
232 * [In.target: Target readership](#SS-readers)
233 * [In.aims: Aims](#SS-aims)
234 * [In.not: Non-aims](#SS-non)
235 * [In.force: Enforcement](#SS-force)
236 * [In.struct: The structure of this document](#SS-struct)
237 * [In.sec: Major sections](#SS-sec)
239 ## <a name="SS-readers"></a>In.target: Target readership
241 All C++ programmers. This includes [programmers who might consider C](#S-cpl).
243 ## <a name="SS-aims"></a>In.aims: Aims
245 The purpose of this document is to help developers to adopt modern C++ (C++17, C++14, and C++11) and to achieve a more uniform style across code bases.
247 We do not suffer the delusion that every one of these rules can be effectively applied to every code base. Upgrading old systems is hard. However, we do believe that a program that uses a rule is less error-prone and more maintainable than one that does not. Often, rules also lead to faster/easier initial development.
248 As far as we can tell, these rules lead to code that performs as well or better than older, more conventional techniques; they are meant to follow the zero-overhead principle ("what you don't use, you don't pay for" or "when you use an abstraction mechanism appropriately, you get at least as good performance as if you had handcoded using lower-level language constructs").
249 Consider these rules ideals for new code, opportunities to exploit when working on older code, and try to approximate these ideals as closely as feasible.
250 Remember:
252 ### <a name="R0"></a>In.0: Don't panic!
254 Take the time to understand the implications of a guideline rule on your program.
256 These guidelines are designed according to the "subset of superset" principle ([Stroustrup05](#Stroustrup05)).
257 They do not simply define a subset of C++ to be used (for reliability, safety, performance, or whatever).
258 Instead, they strongly recommend the use of a few simple "extensions" ([library components](#S-gsl))
259 that make the use of the most error-prone features of C++ redundant, so that they can be banned (in our set of rules).
261 The rules emphasize static type safety and resource safety.
262 For that reason, they emphasize possibilities for range checking, for avoiding dereferencing `nullptr`, for avoiding dangling pointers, and the systematic use of exceptions (via RAII).
263 Partly to achieve that and partly to minimize obscure code as a source of errors, the rules also emphasize simplicity and the hiding of necessary complexity behind well-specified interfaces.
265 Many of the rules are prescriptive.
266 We are uncomfortable with rules that simply state "don't do that!" without offering an alternative.
267 One consequence of that is that some rules can be supported only by heuristics, rather than precise and mechanically verifiable checks.
268 Other rules articulate general principles. For these more general rules, more detailed and specific rules provide partial checking.
270 These guidelines address the core of C++ and its use.
271 We expect that most large organizations, specific application areas, and even large projects will need further rules, possibly further restrictions, and further library support.
272 For example, hard-real-time programmers typically can't use free store (dynamic memory) freely and will be restricted in their choice of libraries.
273 We encourage the development of such more specific rules as addenda to these core guidelines.
274 Build your ideal small foundation library and use that, rather than lowering your level of programming to glorified assembly code.
276 The rules are designed to allow [gradual adoption](#S-modernizing).
278 Some rules aim to increase various forms of safety while others aim to reduce the likelihood of accidents, many do both.
279 The guidelines aimed at preventing accidents often ban perfectly legal C++.
280 However, when there are two ways of expressing an idea and one has shown itself a common source of errors and the other has not, we try to guide programmers towards the latter.
282 ## <a name="SS-non"></a>In.not: Non-aims
284 The rules are not intended to be minimal or orthogonal.
285 In particular, general rules can be simple, but unenforceable.
286 Also, it is often hard to understand the implications of a general rule.
287 More specialized rules are often easier to understand and to enforce, but without general rules, they would just be a long list of special cases.
288 We provide rules aimed at helping novices as well as rules supporting expert use.
289 Some rules can be completely enforced, but others are based on heuristics.
291 These rules are not meant to be read serially, like a book.
292 You can browse through them using the links.
293 However, their main intended use is to be targets for tools.
294 That is, a tool looks for violations and the tool returns links to violated rules.
295 The rules then provide reasons, examples of potential consequences of the violation, and suggested remedies.
297 These guidelines are not intended to be a substitute for a tutorial treatment of C++.
298 If you need a tutorial for some given level of experience, see [the references](#S-references).
300 This is not a guide on how to convert old C++ code to more modern code.
301 It is meant to articulate ideas for new code in a concrete fashion.
302 However, see [the modernization section](#S-modernizing) for some possible approaches to modernizing/rejuvenating/upgrading.
303 Importantly, the rules support gradual adoption: It is typically infeasible to completely convert a large code base all at once.
305 These guidelines are not meant to be complete or exact in every language-technical detail.
306 For the final word on language definition issues, including every exception to general rules and every feature, see the ISO C++ standard.
308 The rules are not intended to force you to write in an impoverished subset of C++.
309 They are *emphatically* not meant to define a, say, Java-like subset of C++.
310 They are not meant to define a single "one true C++" language.
311 We value expressiveness and uncompromised performance.
313 The rules are not value-neutral.
314 They are meant to make code simpler and more correct/safer than most existing C++ code, without loss of performance.
315 They are meant to inhibit perfectly valid C++ code that correlates with errors, spurious complexity, and poor performance.
317 The rules are not perfect.
318 A rule can do harm by prohibiting something that is useful in a given situation.
319 A rule can do harm by failing to prohibit something that enables a serious error in a given situation.
320 A rule can do a lot of harm by being vague, ambiguous, unenforceable, or by enabling every solution to a problem.
321 It is impossible to completely meet the "do no harm" criteria.
322 Instead, our aim is the less ambitious: "Do the most good for most programmers";
323 if you cannot live with a rule, object to it, ignore it, but don't water it down until it becomes meaningless.
324 Also, suggest an improvement.
326 ## <a name="SS-force"></a>In.force: Enforcement
328 Rules with no enforcement are unmanageable for large code bases.
329 Enforcement of all rules is possible only for a small weak set of rules or for a specific user community.
331 * But we want lots of rules, and we want rules that everybody can use.
332 * But different people have different needs.
333 * But people don't like to read lots of rules.
334 * But people can't remember many rules.
336 So, we need subsetting to meet a variety of needs.
338 * But arbitrary subsetting leads to chaos.
340 We want guidelines that help a lot of people, make code more uniform, and strongly encourage people to modernize their code.
341 We want to encourage best practices, rather than leave all to individual choices and management pressures.
342 The ideal is to use all rules; that gives the greatest benefits.
344 This adds up to quite a few dilemmas.
345 We try to resolve those using tools.
346 Each rule has an **Enforcement** section listing ideas for enforcement.
347 Enforcement might be done by code review, by static analysis, by compiler, or by run-time checks.
348 Wherever possible, we prefer "mechanical" checking (humans are slow, inaccurate, and bore easily) and static checking.
349 Run-time checks are suggested only rarely where no alternative exists; we do not want to introduce "distributed fat".
350 Where appropriate, we label a rule (in the **Enforcement** sections) with the name of groups of related rules (called "profiles").
351 A rule can be part of several profiles, or none.
352 For a start, we have a few profiles corresponding to common needs (desires, ideals):
354 * **type**: No type violations (reinterpreting a `T` as a `U` through casts, unions, or varargs)
355 * **bounds**: No bounds violations (accessing beyond the range of an array)
356 * **lifetime**: No leaks (failing to `delete` or multiple `delete`) and no access to invalid objects (dereferencing `nullptr`, using a dangling reference).
358 The profiles are intended to be used by tools, but also serve as an aid to the human reader.
359 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.
361 Tools that implement these rules shall respect the following syntax to explicitly suppress a rule:
363     [[gsl::suppress(tag)]]
365 where "tag" is the anchor name of the item where the Enforcement rule appears (e.g., for [C.134](#Rh-public) it is "Rh-public"), the
366 name of a profile group-of-rules ("type", "bounds", or "lifetime"),
367 or a specific rule in a profile ([type.4](#Pro-type-cstylecast), or [bounds.2](#Pro-bounds-arrayindex)).
369 ## <a name="SS-struct"></a>In.struct: The structure of this document
371 Each rule (guideline, suggestion) can have several parts:
373 * The rule itself -- e.g., **no naked `new`**
374 * A rule reference number -- e.g., **C.7** (the 7th rule related to classes).
375   Since the major sections are not inherently ordered, we use letters as the first part of a rule reference "number".
376   We leave gaps in the numbering to minimize "disruption" when we add or remove rules.
377 * **Reason**s (rationales) -- because programmers find it hard to follow rules they don't understand
378 * **Example**s -- because rules are hard to understand in the abstract; can be positive or negative
379 * **Alternative**s -- for "don't do this" rules
380 * **Exception**s -- we prefer simple general rules. However, many rules apply widely, but not universally, so exceptions must be listed
381 * **Enforcement** -- ideas about how the rule might be checked "mechanically"
382 * **See also**s -- references to related rules and/or further discussion (in this document or elsewhere)
383 * **Note**s (comments) -- something that needs saying that doesn't fit the other classifications
384 * **Discussion** -- references to more extensive rationale and/or examples placed outside the main lists of rules
386 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.
387 We hope that "mechanical" tools will improve with time to approximate what such an expert programmer notices.
388 Also, we assume that the rules will be refined over time to make them more precise and checkable.
390 A rule is aimed at being simple, rather than carefully phrased to mention every alternative and special case.
391 Such information is found in the **Alternative** paragraphs and the [Discussion](#S-discussion) sections.
392 If you don't understand a rule or disagree with it, please visit its **Discussion**.
393 If you feel that a discussion is missing or incomplete, enter an [Issue](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/issues)
394 explaining your concerns and possibly a corresponding PR.
396 This is not a language manual.
397 It is meant to be helpful, rather than complete, fully accurate on technical details, or a guide to existing code.
398 Recommended information sources can be found in [the references](#S-references).
400 ## <a name="SS-sec"></a>In.sec: Major sections
402 * [In: Introduction](#S-introduction)
403 * [P: Philosophy](#S-philosophy)
404 * [I: Interfaces](#S-interfaces)
405 * [F: Functions](#S-functions)
406 * [C: Classes and class hierarchies](#S-class)
407 * [Enum: Enumerations](#S-enum)
408 * [R: Resource management](#S-resource)
409 * [ES: Expressions and statements](#S-expr)
410 * [Per: Performance](#S-performance)
411 * [CP: Concurrency and parallelism](#S-concurrency)
412 * [E: Error handling](#S-errors)
413 * [Con: Constants and immutability](#S-const)
414 * [T: Templates and generic programming](#S-templates)
415 * [CPL: C-style programming](#S-cpl)
416 * [SF: Source files](#S-source)
417 * [SL: The Standard Library](#S-stdlib)
419 Supporting sections:
421 * [A: Architectural ideas](#S-A)
422 * [NR: Non-Rules and myths](#S-not)
423 * [RF: References](#S-references)
424 * [Pro: Profiles](#S-profile)
425 * [GSL: Guideline support library](#S-gsl)
426 * [NL: Naming and layout rules](#S-naming)
427 * [FAQ: Answers to frequently asked questions](#S-faq)
428 * [Appendix A: Libraries](#S-libraries)
429 * [Appendix B: Modernizing code](#S-modernizing)
430 * [Appendix C: Discussion](#S-discussion)
431 * [Appendix D: Supporting tools](#S-tools)
432 * [Glossary](#S-glossary)
433 * [To-do: Unclassified proto-rules](#S-unclassified)
435 These sections are not orthogonal.
437 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.
438 The main section abbreviations are also used in rule numbers (e.g., "C.11" for "Make concrete types regular").
440 # <a name="S-philosophy"></a>P: Philosophy
442 The rules in this section are very general.
444 Philosophy rules summary:
446 * [P.1: Express ideas directly in code](#Rp-direct)
447 * [P.2: Write in ISO Standard C++](#Rp-Cplusplus)
448 * [P.3: Express intent](#Rp-what)
449 * [P.4: Ideally, a program should be statically type safe](#Rp-typesafe)
450 * [P.5: Prefer compile-time checking to run-time checking](#Rp-compile-time)
451 * [P.6: What cannot be checked at compile time should be checkable at run time](#Rp-run-time)
452 * [P.7: Catch run-time errors early](#Rp-early)
453 * [P.8: Don't leak any resources](#Rp-leak)
454 * [P.9: Don't waste time or space](#Rp-waste)
455 * [P.10: Prefer immutable data to mutable data](#Rp-mutable)
456 * [P.11: Encapsulate messy constructs, rather than spreading through the code](#Rp-library)
457 * [P.12: Use supporting tools as appropriate](#Rp-tools)
458 * [P.13: Use support libraries as appropriate](#Rp-lib)
460 Philosophical rules are generally not mechanically checkable.
461 However, individual rules reflecting these philosophical themes are.
462 Without a philosophical basis, the more concrete/specific/checkable rules lack rationale.
464 ### <a name="Rp-direct"></a>P.1: Express ideas directly in code
466 ##### Reason
468 Compilers don't read comments (or design documents) and neither do many programmers (consistently).
469 What is expressed in code has defined semantics and can (in principle) be checked by compilers and other tools.
471 ##### Example
473     class Date {
474         // ...
475     public:
476         Month month() const;  // do
477         int month();          // don't
478         // ...
479     };
481 The first declaration of `month` is explicit about returning a `Month` and about not modifying the state of the `Date` object.
482 The second version leaves the reader guessing and opens more possibilities for uncaught bugs.
484 ##### Example; bad
486 This loop is a restricted form of `std::find`:
488     void f(vector<string>& v)
489     {
490         string val;
491         cin >> val;
492         // ...
493         int index = -1;                    // bad, plus should use gsl::index
494         for (int i = 0; i < v.size(); ++i) {
495             if (v[i] == val) {
496                 index = i;
497                 break;
498             }
499         }
500         // ...
501     }
503 ##### Example; good
505 A much clearer expression of intent would be:
507     void f(vector<string>& v)
508     {
509         string val;
510         cin >> val;
511         // ...
512         auto p = find(begin(v), end(v), val);  // better
513         // ...
514     }
516 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.
518 A C++ programmer should know the basics of the standard library, and use it where appropriate.
519 Any programmer should know the basics of the foundation libraries of the project being worked on, and use them appropriately.
520 Any programmer using these guidelines should know the [guideline support library](#S-gsl), and use it appropriately.
522 ##### Example
524     change_speed(double s);   // bad: what does s signify?
525     // ...
526     change_speed(2.3);
528 A better approach is to be explicit about the meaning of the double (new speed or delta on old speed?) and the unit used:
530     change_speed(Speed s);    // better: the meaning of s is specified
531     // ...
532     change_speed(2.3);        // error: no unit
533     change_speed(23m / 10s);  // meters per second
535 We could have accepted a plain (unit-less) `double` as a delta, but that would have been error-prone.
536 If we wanted both absolute speed and deltas, we would have defined a `Delta` type.
538 ##### Enforcement
540 Very hard in general.
542 * use `const` consistently (check if member functions modify their object; check if functions modify arguments passed by pointer or reference)
543 * flag uses of casts (casts neuter the type system)
544 * detect code that mimics the standard library (hard)
546 ### <a name="Rp-Cplusplus"></a>P.2: Write in ISO Standard C++
548 ##### Reason
550 This is a set of guidelines for writing ISO Standard C++.
552 ##### Note
554 There are environments where extensions are necessary, e.g., to access system resources.
555 In such cases, localize the use of necessary extensions and control their use with non-core Coding Guidelines.  If possible, build interfaces that encapsulate the extensions so they can be turned off or compiled away on systems that do not support those extensions.
557 Extensions often do not have rigorously defined semantics.  Even extensions that
558 are common and implemented by multiple compilers may have slightly different
559 behaviors and edge case behavior as a direct result of *not* having a rigorous
560 standard definition.  With sufficient use of any such extension, expected
561 portability will be impacted.
563 ##### Note
565 Using valid ISO C++ does not guarantee portability (let alone correctness).
566 Avoid dependence on undefined behavior (e.g., [undefined order of evaluation](#Res-order))
567 and be aware of constructs with implementation defined meaning (e.g., `sizeof(int)`).
569 ##### Note
571 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.
572 In such cases, control their (dis)use with an extension of these Coding Guidelines customized to the specific environment.
574 ##### Enforcement
576 Use an up-to-date C++ compiler (currently C++17, C++14, or C++11) with a set of options that do not accept extensions.
578 ### <a name="Rp-what"></a>P.3: Express intent
580 ##### Reason
582 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.
584 ##### Example
586     gsl::index i = 0;
587     while (i < v.size()) {
588         // ... do something with v[i] ...
589     }
591 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.
593 Better:
595     for (const auto& x : v) { /* do something with the value of x */ }
597 Now, there is no explicit mention of the iteration mechanism, and the loop operates on a reference to `const` elements so that accidental modification cannot happen. If modification is desired, say so:
599     for (auto& x : v) { /* modify x */ }
601 For more details about for-statements, see [ES.71](#Res-for-range).
602 Sometimes better still, use a named algorithm:
604     for_each(v, [](int x) { /* do something with the value of x */ });
605     for_each(par, v, [](int x) { /* do something with the value of x */ });
607 The last variant makes it clear that we are not interested in the order in which the elements of `v` are handled.
609 A programmer should be familiar with
611 * [The guideline support library](#S-gsl)
612 * [The ISO C++ Standard Library](#S-stdlib)
613 * Whatever foundation libraries are used for the current project(s)
615 ##### Note
617 Alternative formulation: Say what should be done, rather than just how it should be done.
619 ##### Note
621 Some language constructs express intent better than others.
623 ##### Example
625 If two `int`s are meant to be the coordinates of a 2D point, say so:
627     draw_line(int, int, int, int);  // obscure
628     draw_line(Point, Point);        // clearer
630 ##### Enforcement
632 Look for common patterns for which there are better alternatives
634 * simple `for` loops vs. range-`for` loops
635 * `f(T*, int)` interfaces vs. `f(span<T>)` interfaces
636 * loop variables in too large a scope
637 * naked `new` and `delete`
638 * functions with many parameters of built-in types
640 There is a huge scope for cleverness and semi-automated program transformation.
642 ### <a name="Rp-typesafe"></a>P.4: Ideally, a program should be statically type safe
644 ##### Reason
646 Ideally, a program would be completely statically (compile-time) type safe.
647 Unfortunately, that is not possible. Problem areas:
649 * unions
650 * casts
651 * array decay
652 * range errors
653 * narrowing conversions
655 ##### Note
657 These areas are sources of serious problems (e.g., crashes and security violations).
658 We try to provide alternative techniques.
660 ##### Enforcement
662 We can ban, restrain, or detect the individual problem categories separately, as required and feasible for individual programs.
663 Always suggest an alternative.
664 For example:
666 * unions -- use `variant` (in C++17)
667 * casts -- minimize their use; templates can help
668 * array decay -- use `span` (from the GSL)
669 * range errors -- use `span`
670 * narrowing conversions -- minimize their use and use `narrow` or `narrow_cast` (from the GSL) where they are necessary
672 ### <a name="Rp-compile-time"></a>P.5: Prefer compile-time checking to run-time checking
674 ##### Reason
676 Code clarity and performance.
677 You don't need to write error handlers for errors caught at compile time.
679 ##### Example
681     // Int is an alias used for integers
682     int bits = 0;         // don't: avoidable code
683     for (Int i = 1; i; i <<= 1)
684         ++bits;
685     if (bits < 32)
686         cerr << "Int too small\n";
688 This example fails to achieve what it is trying to achieve (because overflow is undefined) and should be replaced with a simple `static_assert`:
690     // Int is an alias used for integers
691     static_assert(sizeof(Int) >= 4);    // do: compile-time check
693 Or better still just use the type system and replace `Int` with `int32_t`.
695 ##### Example
697     void read(int* p, int n);   // read max n integers into *p
699     int a[100];
700     read(a, 1000);    // bad, off the end
702 better
704     void read(span<int> r); // read into the range of integers r
706     int a[100];
707     read(a);        // better: let the compiler figure out the number of elements
709 **Alternative formulation**: Don't postpone to run time what can be done well at compile time.
711 ##### Enforcement
713 * Look for pointer arguments.
714 * Look for run-time checks for range violations.
716 ### <a name="Rp-run-time"></a>P.6: What cannot be checked at compile time should be checkable at run time
718 ##### Reason
720 Leaving hard-to-detect errors in a program is asking for crashes and bad results.
722 ##### Note
724 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).
726 ##### Example, bad
728     // separately compiled, possibly dynamically loaded
729     extern void f(int* p);
731     void g(int n)
732     {
733         // bad: the number of elements is not passed to f()
734         f(new int[n]);
735     }
737 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.
739 ##### Example, bad
741 We can of course pass the number of elements along with the pointer:
743     // separately compiled, possibly dynamically loaded
744     extern void f2(int* p, int n);
746     void g2(int n)
747     {
748         f2(new int[n], m);  // bad: a wrong number of elements can be passed to f()
749     }
751 Passing the number of elements as an argument is better (and far more common) than just passing the pointer and relying on some (unstated) convention for knowing or discovering the number of elements. However (as shown), a simple typo can introduce a serious error. The connection between the two arguments of `f2()` is conventional, rather than explicit.
753 Also, it is implicit that `f2()` is supposed to `delete` its argument (or did the caller make a second mistake?).
755 ##### Example, bad
757 The standard library resource management pointers fail to pass the size when they point to an object:
759     // separately compiled, possibly dynamically loaded
760     // NB: this assumes the calling code is ABI-compatible, using a
761     // compatible C++ compiler and the same stdlib implementation
762     extern void f3(unique_ptr<int[]>, int n);
764     void g3(int n)
765     {
766         f3(make_unique<int[]>(n), m);    // bad: pass ownership and size separately
767     }
769 ##### Example
771 We need to pass the pointer and the number of elements as an integral object:
773     extern void f4(vector<int>&);   // separately compiled, possibly dynamically loaded
774     extern void f4(span<int>);      // separately compiled, possibly dynamically loaded
775                                     // NB: this assumes the calling code is ABI-compatible, using a
776                                     // compatible C++ compiler and the same stdlib implementation
778     void g3(int n)
779     {
780         vector<int> v(n);
781         f4(v);                     // pass a reference, retain ownership
782         f4(span<int>{v});          // pass a view, retain ownership
783     }
785 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.
787 ##### Example
789 How do we transfer both ownership and all information needed for validating use?
791     vector<int> f5(int n)    // OK: move
792     {
793         vector<int> v(n);
794         // ... initialize v ...
795         return v;
796     }
798     unique_ptr<int[]> f6(int n)    // bad: loses n
799     {
800         auto p = make_unique<int[]>(n);
801         // ... initialize *p ...
802         return p;
803     }
805     owner<int*> f7(int n)    // bad: loses n and we might forget to delete
806     {
807         owner<int*> p = new int[n];
808         // ... initialize *p ...
809         return p;
810     }
812 ##### Example
814 * ???
815 * show how possible checks are avoided by interfaces that pass polymorphic base classes around, when they actually know what they need?
816   Or strings as "free-style" options
818 ##### Enforcement
820 * Flag (pointer, count)-style interfaces (this will flag a lot of examples that can't be fixed for compatibility reasons)
821 * ???
823 ### <a name="Rp-early"></a>P.7: Catch run-time errors early
825 ##### Reason
827 Avoid "mysterious" crashes.
828 Avoid errors leading to (possibly unrecognized) wrong results.
830 ##### Example
832     void increment1(int* p, int n)    // bad: error-prone
833     {
834         for (int i = 0; i < n; ++i) ++p[i];
835     }
837     void use1(int m)
838     {
839         const int n = 10;
840         int a[n] = {};
841         // ...
842         increment1(a, m);   // maybe typo, maybe m <= n is supposed
843                             // but assume that m == 20
844         // ...
845     }
847 Here we made a small error in `use1` that will lead to corrupted data or a crash.
848 The (pointer, count)-style interface leaves `increment1()` with no realistic way of defending itself against out-of-range errors.
849 If we could check subscripts for out of range access, then the error would not be discovered until `p[10]` was accessed.
850 We could check earlier and improve the code:
852     void increment2(span<int> p)
853     {
854         for (int& x : p) ++x;
855     }
857     void use2(int m)
858     {
859         const int n = 10;
860         int a[n] = {};
861         // ...
862         increment2({a, m});    // maybe typo, maybe m <= n is supposed
863         // ...
864     }
866 Now, `m <= n` can be checked at the point of call (early) rather than later.
867 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):
869     void use3(int m)
870     {
871         const int n = 10;
872         int a[n] = {};
873         // ...
874         increment2(a);   // the number of elements of a need not be repeated
875         // ...
876     }
878 ##### Example, bad
880 Don't repeatedly check the same value. Don't pass structured data as strings:
882     Date read_date(istream& is);    // read date from istream
884     Date extract_date(const string& s);    // extract date from string
886     void user1(const string& date)    // manipulate date
887     {
888         auto d = extract_date(date);
889         // ...
890     }
892     void user2()
893     {
894         Date d = read_date(cin);
895         // ...
896         user1(d.to_string());
897         // ...
898     }
900 The date is validated twice (by the `Date` constructor) and passed as a character string (unstructured data).
902 ##### Example
904 Excess checking can be costly.
905 There are cases where checking early is dumb because you may not ever need the value, or may only need part of the value that is more easily checked than the whole.  Similarly, don't add validity checks that change the asymptotic behavior of your interface (e.g., don't add a `O(n)` check to an interface with an average complexity of `O(1)`).
907     class Jet {    // Physics says: e * e < x * x + y * y + z * z
908         float x;
909         float y;
910         float z;
911         float e;
912     public:
913         Jet(float x, float y, float z, float e)
914             :x(x), y(y), z(z), e(e)
915         {
916             // Should I check here that the values are physically meaningful?
917         }
919         float m() const
920         {
921             // Should I handle the degenerate case here?
922             return sqrt(x * x + y * y + z * z - e * e);
923         }
925         ???
926     };
928 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.
932 ##### Enforcement
934 * Look at pointers and arrays: Do range-checking early and not repeatedly
935 * Look at conversions: Eliminate or mark narrowing conversions
936 * Look for unchecked values coming from input
937 * Look for structured data (objects of classes with invariants) being converted into strings
938 * ???
940 ### <a name="Rp-leak"></a>P.8: Don't leak any resources
942 ##### Reason
944 Even a slow growth in resources will, over time, exhaust the availability of those resources.
945 This is particularly important for long-running programs, but is an essential piece of responsible programming behavior.
947 ##### Example, bad
949     void f(char* name)
950     {
951         FILE* input = fopen(name, "r");
952         // ...
953         if (something) return;   // bad: if something == true, a file handle is leaked
954         // ...
955         fclose(input);
956     }
958 Prefer [RAII](#Rr-raii):
960     void f(char* name)
961     {
962         ifstream input {name};
963         // ...
964         if (something) return;   // OK: no leak
965         // ...
966     }
968 **See also**: [The resource management section](#S-resource)
970 ##### Note
972 A leak is colloquially "anything that isn't cleaned up."
973 The more important classification is "anything that can no longer be cleaned up."
974 For example, allocating an object on the heap and then losing the last pointer that points to that allocation.
975 This rule should not be taken as requiring that allocations within long-lived objects must be returned during program shutdown.
976 For example, relying on system guaranteed cleanup such as file closing and memory deallocation upon process shutdown can simplify code.
977 However, relying on abstractions that implicitly clean up can be as simple, and often safer.
979 ##### Note
981 Enforcing [the lifetime profile](#SS-force) eliminates leaks.
982 When combined with resource safety provided by [RAII](#Rr-raii), it eliminates the need for "garbage collection" (by generating no garbage).
983 Combine this with enforcement of [the type and bounds profiles](#SS-force) and you get complete type- and resource-safety, guaranteed by tools.
985 ##### Enforcement
987 * Look at pointers: Classify them into non-owners (the default) and owners.
988   Where feasible, replace owners with standard-library resource handles (as in the example above).
989   Alternatively, mark an owner as such using `owner` from [the GSL](#S-gsl).
990 * Look for naked `new` and `delete`
991 * Look for known resource allocating functions returning raw pointers (such as `fopen`, `malloc`, and `strdup`)
993 ### <a name="Rp-waste"></a>P.9: Don't waste time or space
995 ##### Reason
997 This is C++.
999 ##### Note
1001 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.
1002 "Another benefit of striving for efficiency is that the process forces you to understand the problem in more depth." - Alex Stepanov
1004 ##### Example, bad
1006     struct X {
1007         char ch;
1008         int i;
1009         string s;
1010         char ch2;
1012         X& operator=(const X& a);
1013         X(const X&);
1014     };
1016     X waste(const char* p)
1017     {
1018         if (!p) throw Nullptr_error{};
1019         int n = strlen(p);
1020         auto buf = new char[n];
1021         if (!buf) throw Allocation_error{};
1022         for (int i = 0; i < n; ++i) buf[i] = p[i];
1023         // ... manipulate buffer ...
1024         X x;
1025         x.ch = 'a';
1026         x.s = string(n);    // give x.s space for *p
1027         for (gsl::index i = 0; i < x.s.size(); ++i) x.s[i] = buf[i];  // copy buf into x.s
1028         delete[] buf;
1029         return x;
1030     }
1032     void driver()
1033     {
1034         X x = waste("Typical argument");
1035         // ...
1036     }
1038 Yes, this is a caricature, but we have seen every individual mistake in production code, and worse.
1039 Note that the layout of `X` guarantees that at least 6 bytes (and most likely more) are wasted.
1040 The spurious definition of copy operations disables move semantics so that the return operation is slow
1041 (please note that the Return Value Optimization, RVO, is not guaranteed here).
1042 The use of `new` and `delete` for `buf` is redundant; if we really needed a local string, we should use a local `string`.
1043 There are several more performance bugs and gratuitous complication.
1045 ##### Example, bad
1047     void lower(zstring s)
1048     {
1049         for (int i = 0; i < strlen(s); ++i) s[i] = tolower(s[i]);
1050     }
1052 Yes, this is an example from production code.
1053 We leave it to the reader to figure out what's wasted.
1055 ##### Note
1057 An individual example of waste is rarely significant, and where it is significant, it is typically easily eliminated by an expert.
1058 However, waste spread liberally across a code base can easily be significant and experts are not always as available as we would like.
1059 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.
1060 After that, we can look at waste related to algorithms and requirements, but that is beyond the scope of these guidelines.
1062 ##### Enforcement
1064 Many more specific rules aim at the overall goals of simplicity and elimination of gratuitous waste.
1066 ### <a name="Rp-mutable"></a>P.10: Prefer immutable data to mutable data
1068 ##### Reason
1070 It is easier to reason about constants than about variables.
1071 Something immutable cannot change unexpectedly.
1072 Sometimes immutability enables better optimization.
1073 You can't have a data race on a constant.
1075 See [Con: Constants and immutability](#S-const)
1077 ### <a name="Rp-library"></a>P.11: Encapsulate messy constructs, rather than spreading through the code
1079 ##### Reason
1081 Messy code is more likely to hide bugs and harder to write.
1082 A good interface is easier and safer to use.
1083 Messy, low-level code breeds more such code.
1085 ##### Example
1087     int sz = 100;
1088     int* p = (int*) malloc(sizeof(int) * sz);
1089     int count = 0;
1090     // ...
1091     for (;;) {
1092         // ... read an int into x, exit loop if end of file is reached ...
1093         // ... check that x is valid ...
1094         if (count == sz)
1095             p = (int*) realloc(p, sizeof(int) * sz * 2);
1096         p[count++] = x;
1097         // ...
1098     }
1100 This is low-level, verbose, and error-prone.
1101 For example, we "forgot" to test for memory exhaustion.
1102 Instead, we could use `vector`:
1104     vector<int> v;
1105     v.reserve(100);
1106     // ...
1107     for (int x; cin >> x; ) {
1108         // ... check that x is valid ...
1109         v.push_back(x);
1110     }
1112 ##### Note
1114 The standards library and the GSL are examples of this philosophy.
1115 For example, instead of messing with the arrays, unions, cast, tricky lifetime issues, `gsl::owner`, etc.,
1116 that are needed to implement key abstractions, such as `vector`, `span`, `lock_guard`, and `future`, we use the libraries
1117 designed and implemented by people with more time and expertise than we usually have.
1118 Similarly, we can and should design and implement more specialized libraries, rather than leaving the users (often ourselves)
1119 with the challenge of repeatedly getting low-level code well.
1120 This is a variant of the [subset of superset principle](#R0) that underlies these guidelines.
1122 ##### Enforcement
1124 * Look for "messy code" such as complex pointer manipulation and casting outside the implementation of abstractions.
1127 ### <a name="Rp-tools"></a>P.12: Use supporting tools as appropriate
1129 ##### Reason
1131 There are many things that are done better "by machine".
1132 Computers don't tire or get bored by repetitive tasks.
1133 We typically have better things to do than repeatedly do routine tasks.
1135 ##### Example
1137 Run a static analyzer to verify that your code follows the guidelines you want it to follow.
1139 ##### Note
1143 * [Static analysis tools](???)
1144 * [Concurrency tools](#Rconc-tools)
1145 * [Testing tools](???)
1147 There are many other kinds of tools, such as source code repositories, build tools, etc.,
1148 but those are beyond the scope of these guidelines.
1150 ##### Note
1152 Be careful not to become dependent on over-elaborate or over-specialized tool chains.
1153 Those can make your otherwise portable code non-portable.
1156 ### <a name="Rp-lib"></a>P.13: Use support libraries as appropriate
1158 ##### Reason
1160 Using a well-designed, well-documented, and well-supported library saves time and effort;
1161 its quality and documentation are likely to be greater than what you could do
1162 if the majority of your time must be spent on an implementation.
1163 The cost (time, effort, money, etc.) of a library can be shared over many users.
1164 A widely used library is more likely to be kept up-to-date and ported to new systems than an individual application.
1165 Knowledge of a widely-used library can save time on other/future projects.
1166 So, if a suitable library exists for your application domain, use it.
1168 ##### Example
1170     std::sort(begin(v), end(v), std::greater<>());
1172 Unless you are an expert in sorting algorithms and have plenty of time,
1173 this is more likely to be correct and to run faster than anything you write for a specific application.
1174 You need a reason not to use the standard library (or whatever foundational libraries your application uses) rather than a reason to use it.
1176 ##### Note
1178 By default use
1180 * The [ISO C++ Standard Library](#S-stdlib)
1181 * The [Guidelines Support Library](#S-gsl)
1183 ##### Note
1185 If no well-designed, well-documented, and well-supported library exists for an important domain,
1186 maybe you should design and implement it, and then use it.
1189 # <a name="S-interfaces"></a>I: Interfaces
1191 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.
1192 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.
1194 Interface rule summary:
1196 * [I.1: Make interfaces explicit](#Ri-explicit)
1197 * [I.2: Avoid non-`const` global variables](#Ri-global)
1198 * [I.3: Avoid singletons](#Ri-singleton)
1199 * [I.4: Make interfaces precisely and strongly typed](#Ri-typed)
1200 * [I.5: State preconditions (if any)](#Ri-pre)
1201 * [I.6: Prefer `Expects()` for expressing preconditions](#Ri-expects)
1202 * [I.7: State postconditions](#Ri-post)
1203 * [I.8: Prefer `Ensures()` for expressing postconditions](#Ri-ensures)
1204 * [I.9: If an interface is a template, document its parameters using concepts](#Ri-concepts)
1205 * [I.10: Use exceptions to signal a failure to perform a required task](#Ri-except)
1206 * [I.11: Never transfer ownership by a raw pointer (`T*`) or reference (`T&`)](#Ri-raw)
1207 * [I.12: Declare a pointer that must not be null as `not_null`](#Ri-nullptr)
1208 * [I.13: Do not pass an array as a single pointer](#Ri-array)
1209 * [I.22: Avoid complex initialization of global objects](#Ri-global-init)
1210 * [I.23: Keep the number of function arguments low](#Ri-nargs)
1211 * [I.24: Avoid adjacent unrelated parameters of the same type](#Ri-unrelated)
1212 * [I.25: Prefer abstract classes as interfaces to class hierarchies](#Ri-abstract)
1213 * [I.26: If you want a cross-compiler ABI, use a C-style subset](#Ri-abi)
1214 * [I.27: For stable library ABI, consider the Pimpl idiom](#Ri-pimpl)
1215 * [I.30: Encapsulate rule violations](#Ri-encapsulate)
1217 **See also**:
1219 * [F: Functions](#S-functions)
1220 * [C.concrete: Concrete types](#SS-concrete)
1221 * [C.hier: Class hierarchies](#SS-hier)
1222 * [C.over: Overloading and overloaded operators](#SS-overload)
1223 * [C.con: Containers and other resource handles](#SS-containers)
1224 * [E: Error handling](#S-errors)
1225 * [T: Templates and generic programming](#S-templates)
1227 ### <a name="Ri-explicit"></a>I.1: Make interfaces explicit
1229 ##### Reason
1231 Correctness. Assumptions not stated in an interface are easily overlooked and hard to test.
1233 ##### Example, bad
1235 Controlling the behavior of a function through a global (namespace scope) variable (a call mode) is implicit and potentially confusing. For example:
1237     int round(double d)
1238     {
1239         return (round_up) ? ceil(d) : d;    // don't: "invisible" dependency
1240     }
1242 It will not be obvious to a caller that the meaning of two calls of `round(7.2)` might give different results.
1244 ##### Exception
1246 Sometimes we control the details of a set of operations by an environment variable, e.g., normal vs. verbose output or debug vs. optimized.
1247 The use of a non-local control is potentially confusing, but controls only implementation details of otherwise fixed semantics.
1249 ##### Example, bad
1251 Reporting through non-local variables (e.g., `errno`) is easily ignored. For example:
1253     // don't: no test of printf's return value
1254     fprintf(connection, "logging: %d %d %d\n", x, y, s);
1256 What if the connection goes down so that no logging output is produced? See I.???.
1258 **Alternative**: Throw an exception. An exception cannot be ignored.
1260 **Alternative formulation**: Avoid passing information across an interface through non-local or implicit state.
1261 Note that non-`const` member functions pass information to other member functions through their object's state.
1263 **Alternative formulation**: An interface should be a function or a set of functions.
1264 Functions can be template functions and sets of functions can be classes or class templates.
1266 ##### Enforcement
1268 * (Simple) A function should not make control-flow decisions based on the values of variables declared at namespace scope.
1269 * (Simple) A function should not write to variables declared at namespace scope.
1271 ### <a name="Ri-global"></a>I.2: Avoid non-`const` global variables
1273 ##### Reason
1275 Non-`const` global variables hide dependencies and make the dependencies subject to unpredictable changes.
1277 ##### Example
1279     struct Data {
1280         // ... lots of stuff ...
1281     } data;            // non-const data
1283     void compute()     // don't
1284     {
1285         // ... use data ...
1286     }
1288     void output()     // don't
1289     {
1290         // ... use data ...
1291     }
1293 Who else might modify `data`?
1295 ##### Note
1297 Global constants are useful.
1299 ##### Note
1301 The rule against global variables applies to namespace scope variables as well.
1303 **Alternative**: If you use global (more generally namespace scope) data to avoid copying, consider passing the data as an object by reference to `const`.
1304 Another solution is to define the data as the state of some object and the operations as member functions.
1306 **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.
1307 Every pointer or reference to mutable data is a potential data race.
1309 ##### Note
1311 You cannot have a race condition on immutable data.
1313 **References**: See the [rules for calling functions](#SS-call).
1315 ##### Enforcement
1317 (Simple) Report all non-`const` variables declared at namespace scope.
1319 ### <a name="Ri-singleton"></a>I.3: Avoid singletons
1321 ##### Reason
1323 Singletons are basically complicated global objects in disguise.
1325 ##### Example
1327     class Singleton {
1328         // ... lots of stuff to ensure that only one Singleton object is created,
1329         // that it is initialized properly, etc.
1330     };
1332 There are many variants of the singleton idea.
1333 That's part of the problem.
1335 ##### Note
1337 If you don't want a global object to change, declare it `const` or `constexpr`.
1339 ##### Exception
1341 You can use the simplest "singleton" (so simple that it is often not considered a singleton) to get initialization on first use, if any:
1343     X& myX()
1344     {
1345         static X my_x {3};
1346         return my_x;
1347     }
1349 This is one of the most effective solutions to problems related to initialization order.
1350 In a multi-threaded environment, the initialization of the static object does not introduce a race condition
1351 (unless you carelessly access a shared object from within its constructor).
1353 Note that the initialization of a local `static` does not imply a race condition.
1354 However, if the destruction of `X` involves an operation that needs to be synchronized we must use a less simple solution.
1355 For example:
1357     X& myX()
1358     {
1359         static auto p = new X {3};
1360         return *p;  // potential leak
1361     }
1363 Now someone must `delete` that object in some suitably thread-safe way.
1364 That's error-prone, so we don't use that technique unless
1366 * `myX` is in multi-threaded code,
1367 * that `X` object needs to be destroyed (e.g., because it releases a resource), and
1368 * `X`'s destructor's code needs to be synchronized.
1370 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.
1372 ##### Enforcement
1374 Very hard in general.
1376 * Look for classes with names that include `singleton`.
1377 * Look for classes for which only a single object is created (by counting objects or by examining constructors).
1378 * If a class X has a public static function that contains a function-local static of the class' type X and returns a pointer or reference to it, ban that.
1380 ### <a name="Ri-typed"></a>I.4: Make interfaces precisely and strongly typed
1382 ##### Reason
1384 Types are the simplest and best documentation, have well-defined meaning, and are guaranteed to be checked at compile time.
1385 Also, precisely typed code is often optimized better.
1387 ##### Example, don't
1389 Consider:
1391     void pass(void* data);    // void* is suspicious
1393 Now the callee must cast the data pointer (back) to a correct type to use it. That is error-prone and often verbose.
1394 Avoid `void*`, especially in interfaces.
1395 Consider using a `variant` or a pointer to base instead.
1397 **Alternative**: Often, a template parameter can eliminate the `void*` turning it into a `T*` or `T&`.
1398 For generic code these `T`s can be general or concept constrained template parameters.
1400 ##### Example, bad
1402 Consider:
1404     void draw_rect(int, int, int, int);   // great opportunities for mistakes
1406     draw_rect(p.x, p.y, 10, 20);          // what does 10, 20 mean?
1408 An `int` can carry arbitrary forms of information, so we must guess about the meaning of the four `int`s.
1409 Most likely, the first two are an `x`,`y` coordinate pair, but what are the last two?
1410 Comments and parameter names can help, but we could be explicit:
1412     void draw_rectangle(Point top_left, Point bottom_right);
1413     void draw_rectangle(Point top_left, Size height_width);
1415     draw_rectangle(p, Point{10, 20});  // two corners
1416     draw_rectangle(p, Size{10, 20});   // one corner and a (height, width) pair
1418 Obviously, we cannot catch all errors through the static type system
1419 (e.g., the fact that a first argument is supposed to be a top-left point is left to convention (naming and comments)).
1421 ##### Example, bad
1423 In the following example, it is not clear from the interface what `time_to_blink` means: Seconds? Milliseconds?
1425     void blink_led(int time_to_blink) // bad -- the unit is ambiguous
1426     {
1427         // ...
1428         // do something with time_to_blink
1429         // ...
1430     }
1432     void use()
1433     {
1434         blink_led(2);
1435     }
1437 ##### Example, good
1439 `std::chrono::duration` types (C++11) helps making the unit of time duration explicit.
1441     void blink_led(milliseconds time_to_blink) // good -- the unit is explicit
1442     {
1443         // ...
1444         // do something with time_to_blink
1445         // ...
1446     }
1448     void use()
1449     {
1450         blink_led(1500ms);
1451     }
1453 The function can also be written in such a way that it will accept any time duration unit.
1455     template<class rep, class period>
1456     void blink_led(duration<rep, period> time_to_blink) // good -- accepts any unit
1457     {
1458         // assuming that millisecond is the smallest relevant unit
1459         auto milliseconds_to_blink = duration_cast<milliseconds>(time_to_blink);
1460         // ...
1461         // do something with milliseconds_to_blink
1462         // ...
1463     }
1465     void use()
1466     {
1467         blink_led(2s);
1468         blink_led(1500ms);
1469     }
1471 ##### Enforcement
1473 * (Simple) Report the use of `void*` as a parameter or return type.
1474 * (Hard to do well) Look for member functions with many built-in type arguments.
1476 ### <a name="Ri-pre"></a>I.5: State preconditions (if any)
1478 ##### Reason
1480 Arguments have meaning that may constrain their proper use in the callee.
1482 ##### Example
1484 Consider:
1486     double sqrt(double x);
1488 Here `x` must be nonnegative. The type system cannot (easily and naturally) express that, so we must use other means. For example:
1490     double sqrt(double x); // x must be nonnegative
1492 Some preconditions can be expressed as assertions. For example:
1494     double sqrt(double x) { Expects(x >= 0); /* ... */ }
1496 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).
1498 **References**: `Expects()` is described in [GSL](#S-gsl).
1500 ##### Note
1502 Prefer a formal specification of requirements, such as `Expects(p);`.
1503 If that is infeasible, use English text in comments, such as `// the sequence [p:q) is ordered using <`.
1505 ##### Note
1507 Most member functions have as a precondition that some class invariant holds.
1508 That invariant is established by a constructor and must be reestablished upon exit by every member function called from outside the class.
1509 We don't need to mention it for each member function.
1511 ##### Enforcement
1513 (Not enforceable)
1515 **See also**: The rules for passing pointers. ???
1517 ### <a name="Ri-expects"></a>I.6: Prefer `Expects()` for expressing preconditions
1519 ##### Reason
1521 To make it clear that the condition is a precondition and to enable tool use.
1523 ##### Example
1525     int area(int height, int width)
1526     {
1527         Expects(height > 0 && width > 0);            // good
1528         if (height <= 0 || width <= 0) my_error();   // obscure
1529         // ...
1530     }
1532 ##### Note
1534 Preconditions can be stated in many ways, including comments, `if`-statements, and `assert()`.
1535 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?).
1537 ##### Note
1539 Preconditions should be part of the interface rather than part of the implementation,
1540 but we don't yet have the language facilities to do that.
1541 Once language support becomes available (e.g., see the [contract proposal](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0380r1.pdf)) we will adopt the standard version of preconditions, postconditions, and assertions.
1543 ##### Note
1545 `Expects()` can also be used to check a condition in the middle of an algorithm.
1547 ##### Note
1549 No, using `unsigned` is not a good way to sidestep the problem of [ensuring that a value is nonnegative](#Res-nonnegative).
1551 ##### Enforcement
1553 (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.
1555 ### <a name="Ri-post"></a>I.7: State postconditions
1557 ##### Reason
1559 To detect misunderstandings about the result and possibly catch erroneous implementations.
1561 ##### Example, bad
1563 Consider:
1565     int area(int height, int width) { return height * width; }  // bad
1567 Here, we (incautiously) left out the precondition specification, so it is not explicit that height and width must be positive.
1568 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.
1569 Overflow can happen.
1570 Consider using:
1572     int area(int height, int width)
1573     {
1574         auto res = height * width;
1575         Ensures(res > 0);
1576         return res;
1577     }
1579 ##### Example, bad
1581 Consider a famous security bug:
1583     void f()    // problematic
1584     {
1585         char buffer[MAX];
1586         // ...
1587         memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
1588     }
1590 There was no postcondition stating that the buffer should be cleared and the optimizer eliminated the apparently redundant `memset()` call:
1592     void f()    // better
1593     {
1594         char buffer[MAX];
1595         // ...
1596         memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
1597         Ensures(buffer[0] == 0);
1598     }
1600 ##### Note
1602 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.
1604 ##### Note
1606 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.
1608 ##### Example
1610 Consider a function that manipulates a `Record`, using a `mutex` to avoid race conditions:
1612     mutex m;
1614     void manipulate(Record& r)    // don't
1615     {
1616         m.lock();
1617         // ... no m.unlock() ...
1618     }
1620 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.
1621 Stating the postcondition would have made it clear:
1623     void manipulate(Record& r)    // postcondition: m is unlocked upon exit
1624     {
1625         m.lock();
1626         // ... no m.unlock() ...
1627     }
1629 The bug is now obvious (but only to a human reading comments).
1631 Better still, use [RAII](#Rr-raii) to ensure that the postcondition ("the lock must be released") is enforced in code:
1633     void manipulate(Record& r)    // best
1634     {
1635         lock_guard<mutex> _ {m};
1636         // ...
1637     }
1639 ##### Note
1641 Ideally, postconditions are stated in the interface/declaration so that users can easily see them.
1642 Only postconditions related to the users can be stated in the interface.
1643 Postconditions related only to internal state belongs in the definition/implementation.
1645 ##### Enforcement
1647 (Not enforceable) This is a philosophical guideline that is infeasible to check
1648 directly in the general case. Domain specific checkers (like lock-holding
1649 checkers) exist for many toolchains.
1651 ### <a name="Ri-ensures"></a>I.8: Prefer `Ensures()` for expressing postconditions
1653 ##### Reason
1655 To make it clear that the condition is a postcondition and to enable tool use.
1657 ##### Example
1659     void f()
1660     {
1661         char buffer[MAX];
1662         // ...
1663         memset(buffer, 0, MAX);
1664         Ensures(buffer[0] == 0);
1665     }
1667 ##### Note
1669 Postconditions can be stated in many ways, including comments, `if`-statements, and `assert()`.
1670 This can make them hard to distinguish from ordinary code, hard to update, hard to manipulate by tools, and may have the wrong semantics.
1672 **Alternative**: Postconditions of the form "this resource must be released" are best expressed by [RAII](#Rr-raii).
1674 ##### Note
1676 Ideally, that `Ensures` should be part of the interface, but that's not easily done.
1677 For now, we place it in the definition (function body).
1678 Once language support becomes available (e.g., see the [contract proposal](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0380r1.pdf)) we will adopt the standard version of preconditions, postconditions, and assertions.
1680 ##### Enforcement
1682 (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.
1684 ### <a name="Ri-concepts"></a>I.9: If an interface is a template, document its parameters using concepts
1686 ##### Reason
1688 Make the interface precisely specified and compile-time checkable in the (not so distant) future.
1690 ##### Example
1692 Use the ISO Concepts TS style of requirements specification. For example:
1694     template<typename Iter, typename Val>
1695     // requires InputIterator<Iter> && EqualityComparable<ValueType<Iter>>, Val>
1696     Iter find(Iter first, Iter last, Val v)
1697     {
1698         // ...
1699     }
1701 ##### Note
1703 Soon (maybe in 2018), most compilers will be able to check `requires` clauses once the `//` is removed.
1704 Concepts are supported in GCC 6.1 and later.
1706 **See also**: [Generic programming](#SS-GP) and [concepts](#SS-concepts).
1708 ##### Enforcement
1710 (Not yet enforceable) A language facility is under specification. When the language facility is available, warn if any non-variadic template parameter is not constrained by a concept (in its declaration or mentioned in a `requires` clause).
1712 ### <a name="Ri-except"></a>I.10: Use exceptions to signal a failure to perform a required task
1714 ##### Reason
1716 It should not be possible to ignore an error because that could leave the system or a computation in an undefined (or unexpected) state.
1717 This is a major source of errors.
1719 ##### Example
1721     int printf(const char* ...);    // bad: return negative number if output fails
1723     template <class F, class ...Args>
1724     // good: throw system_error if unable to start the new thread
1725     explicit thread(F&& f, Args&&... args);
1727 ##### Note
1729 What is an error?
1731 An error means that the function cannot achieve its advertised purpose (including establishing postconditions).
1732 Calling code that ignores an error could lead to wrong results or undefined systems state.
1733 For example, not being able to connect to a remote server is not by itself an error:
1734 the server can refuse a connection for all kinds of reasons, so the natural thing is to return a result that the caller should always check.
1735 However, if failing to make a connection is considered an error, then a failure should throw an exception.
1737 ##### Exception
1739 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.
1741 ##### Alternative
1743 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:
1745     int val;
1746     int error_code;
1747     tie(val, error_code) = do_something();
1748     if (error_code) {
1749         // ... handle the error or exit ...
1750     }
1751     // ... use val ...
1753 This style unfortunately leads to uninitialized variables.
1754 A facility [structured bindings](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0144r1.pdf) to deal with that will become available in C++17.
1756     auto [val, error_code] = do_something();
1757     if (error_code) {
1758         // ... handle the error or exit ...
1759     }
1760     // ... use val ...
1762 ##### Note
1764 We don't consider "performance" a valid reason not to use exceptions.
1766 * Often, explicit error checking and handling consume as much time and space as exception handling.
1767 * Often, cleaner code yields better performance with exceptions (simplifying the tracing of paths through the program and their optimization).
1768 * A good rule for performance critical code is to move checking outside the critical part of the code ([checking](#Rper-checking)).
1769 * In the longer term, more regular code gets better optimized.
1770 * Always carefully [measure](#Rper-measure) before making performance claims.
1772 **See also**: [I.5](#Ri-pre) and [I.7](#Ri-post) for reporting precondition and postcondition violations.
1774 ##### Enforcement
1776 * (Not enforceable) This is a philosophical guideline that is infeasible to check directly.
1777 * Look for `errno`.
1779 ### <a name="Ri-raw"></a>I.11: Never transfer ownership by a raw pointer (`T*`) or reference (`T&`)
1781 ##### Reason
1783 If there is any doubt whether the caller or the callee owns an object, leaks or premature destruction will occur.
1785 ##### Example
1787 Consider:
1789     X* compute(args)    // don't
1790     {
1791         X* res = new X{};
1792         // ...
1793         return res;
1794     }
1796 Who deletes the returned `X`? The problem would be harder to spot if `compute` returned a reference.
1797 Consider returning the result by value (use move semantics if the result is large):
1799     vector<double> compute(args)  // good
1800     {
1801         vector<double> res(10000);
1802         // ...
1803         return res;
1804     }
1806 **Alternative**: [Pass ownership](#Rr-smartptrparam) using a "smart pointer", such as `unique_ptr` (for exclusive ownership) and `shared_ptr` (for shared ownership).
1807 However, that is less elegant and often less efficient than returning the object itself,
1808 so use smart pointers only if reference semantics are needed.
1810 **Alternative**: Sometimes older code can't be modified because of ABI compatibility requirements or lack of resources.
1811 In that case, mark owning pointers using `owner` from the [guideline support library](#S-gsl):
1813     owner<X*> compute(args)    // It is now clear that ownership is transferred
1814     {
1815         owner<X*> res = new X{};
1816         // ...
1817         return res;
1818     }
1820 This tells analysis tools that `res` is an owner.
1821 That is, its value must be `delete`d or transferred to another owner, as is done here by the `return`.
1823 `owner` is used similarly in the implementation of resource handles.
1825 ##### Note
1827 Every object passed as a raw pointer (or iterator) is assumed to be owned by the
1828 caller, so that its lifetime is handled by the caller. Viewed another way:
1829 ownership transferring APIs are relatively rare compared to pointer-passing APIs,
1830 so the default is "no ownership transfer."
1832 **See also**: [Argument passing](#Rf-conventional), [use of smart pointer arguments](#Rr-smartptrparam), and [value return](#Rf-value-return).
1834 ##### Enforcement
1836 * (Simple) Warn on `delete` of a raw pointer that is not an `owner<T>`. Suggest use of standard-library resource handle or use of `owner<T>`.
1837 * (Simple) Warn on failure to either `reset` or explicitly `delete` an `owner` pointer on every code path.
1838 * (Simple) Warn if the return value of `new` or a function call with an `owner` return value is assigned to a raw pointer or non-`owner` reference.
1840 ### <a name="Ri-nullptr"></a>I.12: Declare a pointer that must not be null as `not_null`
1842 ##### Reason
1844 To help avoid dereferencing `nullptr` errors.
1845 To improve performance by avoiding redundant checks for `nullptr`.
1847 ##### Example
1849     int length(const char* p);            // it is not clear whether length(nullptr) is valid
1851     length(nullptr);                      // OK?
1853     int length(not_null<const char*> p);  // better: we can assume that p cannot be nullptr
1855     int length(const char* p);            // we must assume that p can be nullptr
1857 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.
1859 ##### Note
1861 `not_null` is defined in the [guideline support library](#S-gsl).
1863 ##### Note
1865 The assumption that the pointer to `char` pointed to a C-style string (a zero-terminated string of characters) was still implicit, and a potential source of confusion and errors. Use `czstring` in preference to `const char*`.
1867     // we can assume that p cannot be nullptr
1868     // we can assume that p points to a zero-terminated array of characters
1869     int length(not_null<zstring> p);
1871 Note: `length()` is, of course, `std::strlen()` in disguise.
1873 ##### Enforcement
1875 * (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`.
1876 * (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`.
1878 ### <a name="Ri-array"></a>I.13: Do not pass an array as a single pointer
1880 ##### Reason
1882  (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.
1884 ##### Example
1886 Consider:
1888     void copy_n(const T* p, T* q, int n); // copy from [p:p+n) to [q:q+n)
1890 What if there are fewer than `n` elements in the array pointed to by `q`? Then, we overwrite some probably unrelated memory.
1891 What if there are fewer than `n` elements in the array pointed to by `p`? Then, we read some probably unrelated memory.
1892 Either is undefined behavior and a potentially very nasty bug.
1894 ##### Alternative
1896 Consider using explicit spans:
1898     void copy(span<const T> r, span<T> r2); // copy r to r2
1900 ##### Example, bad
1902 Consider:
1904     void draw(Shape* p, int n);  // poor interface; poor code
1905     Circle arr[10];
1906     // ...
1907     draw(arr, 10);
1909 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.
1911 **Alternative**: Use a support class that ensures that the number of elements is correct and prevents dangerous implicit conversions. For example:
1913     void draw2(span<Circle>);
1914     Circle arr[10];
1915     // ...
1916     draw2(span<Circle>(arr));  // deduce the number of elements
1917     draw2(arr);    // deduce the element type and array size
1919     void draw3(span<Shape>);
1920     draw3(arr);    // error: cannot convert Circle[10] to span<Shape>
1922 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 ???.
1924 ##### Exception
1926 Use `zstring` and `czstring` to represent a C-style, zero-terminated strings.
1927 But when doing so, use `string_span` from the [GSL](#GSL) to prevent range errors.
1929 ##### Enforcement
1931 * (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.
1932 * (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.
1934 ### <a name="Ri-global-init"></a>I.22: Avoid complex initialization of global objects
1936 ##### Reason
1938 Complex initialization can lead to undefined order of execution.
1940 ##### Example
1942     // file1.c
1944     extern const X x;
1946     const Y y = f(x);   // read x; write y
1948     // file2.c
1950     extern const Y y;
1952     const X x = g(y);   // read y; write x
1954 Since `x` and `y` are in different translation units the order of calls to `f()` and `g()` is undefined;
1955 one will access an uninitialized `const`.
1956 This shows that the order-of-initialization problem for global (namespace scope) objects is not limited to global *variables*.
1958 ##### Note
1960 Order of initialization problems become particularly difficult to handle in concurrent code.
1961 It is usually best to avoid global (namespace scope) objects altogether.
1963 ##### Enforcement
1965 * Flag initializers of globals that call non-`constexpr` functions
1966 * Flag initializers of globals that access `extern` objects
1968 ### <a name="Ri-nargs"></a>I.23: Keep the number of function arguments low
1970 ##### Reason
1972 Having many arguments opens opportunities for confusion. Passing lots of arguments is often costly compared to alternatives.
1974 ##### Discussion
1976 The two most common reasons why functions have too many parameters are:
1978 1. *Missing an abstraction.*
1979    There is an abstraction missing, so that a compound value is being
1980    passed as individual elements instead of as a single object that enforces an invariant.
1981    This not only expands the parameter list, but it leads to errors because the component values
1982    are no longer protected by an enforced invariant.
1984 2. *Violating "one function, one responsibility."*
1985    The function is trying to do more than one job and should probably be refactored.
1987 ##### Example
1989 The standard-library `merge()` is at the limit of what we can comfortably handle:
1991     template<class InputIterator1, class InputIterator2, class OutputIterator, class Compare>
1992     OutputIterator merge(InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,
1993                          InputIterator2 first2, InputIterator2 last2,
1994                          OutputIterator result, Compare comp);
1996 Note that this is because of problem 1 above -- missing abstraction. Instead of passing a range (abstraction), STL passed iterator pairs (unencapsulated component values).
1998 Here, we have four template arguments and six function arguments.
1999 To simplify the most frequent and simplest uses, the comparison argument can be defaulted to `<`:
2001     template<class InputIterator1, class InputIterator2, class OutputIterator>
2002     OutputIterator merge(InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,
2003                          InputIterator2 first2, InputIterator2 last2,
2004                          OutputIterator result);
2006 This doesn't reduce the total complexity, but it reduces the surface complexity presented to many users.
2007 To really reduce the number of arguments, we need to bundle the arguments into higher-level abstractions:
2009     template<class InputRange1, class InputRange2, class OutputIterator>
2010     OutputIterator merge(InputRange1 r1, InputRange2 r2, OutputIterator result);
2012 Grouping arguments into "bundles" is a general technique to reduce the number of arguments and to increase the opportunities for checking.
2014 Alternatively, we could use concepts (as defined by the ISO TS) to define the notion of three types that must be usable for merging:
2016     Mergeable{In1, In2, Out}
2017     OutputIterator merge(In1 r1, In2 r2, Out result);
2019 ##### Example
2021 The safety Profiles recommend replacing
2023     void f(int* some_ints, int some_ints_length);  // BAD: C style, unsafe
2025 with
2027     void f(gsl::span<int> some_ints);              // GOOD: safe, bounds-checked
2029 Here, using an abstraction has safety and robustness benefits, and naturally also reduces the number of parameters.
2031 ##### Note
2033 How many parameters are too many? Try to use fewer than four (4) parameters.
2034 There are functions that are best expressed with four individual parameters, but not many.
2036 **Alternative**: Use better abstraction: Group arguments into meaningful objects and pass the objects (by value or by reference).
2038 **Alternative**: Use default arguments or overloads to allow the most common forms of calls to be done with fewer arguments.
2040 ##### Enforcement
2042 * Warn when a function declares two iterators (including pointers) of the same type instead of a range or a view.
2043 * (Not enforceable) This is a philosophical guideline that is infeasible to check directly.
2045 ### <a name="Ri-unrelated"></a>I.24: Avoid adjacent unrelated parameters of the same type
2047 ##### Reason
2049 Adjacent arguments of the same type are easily swapped by mistake.
2051 ##### Example, bad
2053 Consider:
2055     void copy_n(T* p, T* q, int n);  // copy from [p:p + n) to [q:q + n)
2057 This is a nasty variant of a K&R C-style interface. It is easy to reverse the "to" and "from" arguments.
2059 Use `const` for the "from" argument:
2061     void copy_n(const T* p, T* q, int n);  // copy from [p:p + n) to [q:q + n)
2063 ##### Exception
2065 If the order of the parameters is not important, there is no problem:
2067     int max(int a, int b);
2069 ##### Alternative
2071 Don't pass arrays as pointers, pass an object representing a range (e.g., a `span`):
2073     void copy_n(span<const T> p, span<T> q);  // copy from p to q
2075 ##### Alternative
2077 Define a `struct` as the parameter type and name the fields for those parameters accordingly:
2079     struct SystemParams {
2080         string config_file;
2081         string output_path;
2082         seconds timeout;
2083     };
2084     void initialize(SystemParams p);
2086 This tends to make invocations of this clear to future readers, as the parameters
2087 are often filled in by name at the call site.
2089 ##### Enforcement
2091 (Simple) Warn if two consecutive parameters share the same type.
2093 ### <a name="Ri-abstract"></a>I.25: Prefer abstract classes as interfaces to class hierarchies
2095 ##### Reason
2097 Abstract classes are more likely to be stable than base classes with state.
2099 ##### Example, bad
2101 You just knew that `Shape` would turn up somewhere :-)
2103     class Shape {  // bad: interface class loaded with data
2104     public:
2105         Point center() const { return c; }
2106         virtual void draw() const;
2107         virtual void rotate(int);
2108         // ...
2109     private:
2110         Point c;
2111         vector<Point> outline;
2112         Color col;
2113     };
2115 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:
2117     class Shape {    // better: Shape is a pure interface
2118     public:
2119         virtual Point center() const = 0;   // pure virtual function
2120         virtual void draw() const = 0;
2121         virtual void rotate(int) = 0;
2122         // ...
2123         // ... no data members ...
2124     };
2126 ##### Enforcement
2128 (Simple) Warn if a pointer/reference to a class `C` is assigned to a pointer/reference to a base of `C` and the base class contains data members.
2130 ### <a name="Ri-abi"></a>I.26: If you want a cross-compiler ABI, use a C-style subset
2132 ##### Reason
2134 Different compilers implement different binary layouts for classes, exception handling, function names, and other implementation details.
2136 ##### Exception
2138 You can carefully craft an interface using a few carefully selected higher-level C++ types. See ???.
2140 ##### Exception
2142 Common ABIs are emerging on some platforms freeing you from the more draconian restrictions.
2144 ##### Note
2146 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.
2148 ##### Enforcement
2150 (Not enforceable) It is difficult to reliably identify where an interface forms part of an ABI.
2152 ### <a name="Ri-pimpl"></a>I.27: For stable library ABI, consider the Pimpl idiom
2154 ##### Reason
2156 Because private data members participate in class layout and private member functions participate in overload resolution, changes to those
2157 implementation details require recompilation of all users of a class that uses them. A non-polymorphic interface class holding a pointer to
2158 implementation (Pimpl) can isolate the users of a class from changes in its implementation at the cost of an indirection.
2160 ##### Example
2162 interface (widget.h)
2164     class widget {
2165         class impl;
2166         std::unique_ptr<impl> pimpl;
2167     public:
2168         void draw(); // public API that will be forwarded to the implementation
2169         widget(int); // defined in the implementation file
2170         ~widget();   // defined in the implementation file, where impl is a complete type
2171         widget(widget&&) = default;
2172         widget(const widget&) = delete;
2173         widget& operator=(widget&&); // defined in the implementation file
2174         widget& operator=(const widget&) = delete;
2175     };
2178 implementation (widget.cpp)
2180     class widget::impl {
2181         int n; // private data
2182     public:
2183         void draw(const widget& w) { /* ... */ }
2184         impl(int n) : n(n) {}
2185     };
2186     void widget::draw() { pimpl->draw(*this); }
2187     widget::widget(int n) : pimpl{std::make_unique<impl>(n)} {}
2188     widget::~widget() = default;
2189     widget& widget::operator=(widget&&) = default;
2191 ##### Notes
2193 See [GOTW #100](https://herbsutter.com/gotw/_100/) and [cppreference](http://en.cppreference.com/w/cpp/language/pimpl) for the trade-offs and additional implementation details associated with this idiom.
2195 ##### Enforcement
2197 (Not enforceable) It is difficult to reliably identify where an interface forms part of an ABI.
2199 ### <a name="Ri-encapsulate"></a>I.30: Encapsulate rule violations
2201 ##### Reason
2203 To keep code simple and safe.
2204 Sometimes, ugly, unsafe, or error-prone techniques are necessary for logical or performance reasons.
2205 If so, keep them local, rather than "infecting" interfaces so that larger groups of programmers have to be aware of the
2206 subtleties.
2207 Implementation complexity should, if at all possible, not leak through interfaces into user code.
2209 ##### Example
2211 Consider a program that, depending on some form of input (e.g., arguments to `main`), should consume input
2212 from a file, from the command line, or from standard input.
2213 We might write
2215     bool owned;
2216     owner<istream*> inp;
2217     switch (source) {
2218     case std_in:        owned = false; inp = &cin;                       break;
2219     case command_line:  owned = true;  inp = new istringstream{argv[2]}; break;
2220     case file:          owned = true;  inp = new ifstream{argv[2]};      break;
2221     }
2222     istream& in = *inp;
2224 This violated the rule [against uninitialized variables](#Res-always),
2225 the rule against [ignoring ownership](#Ri-raw),
2226 and the rule [against magic constants](#Res-magic).
2227 In particular, someone has to remember to somewhere write
2229     if (owned) delete inp;
2231 We could handle this particular example by using `unique_ptr` with a special deleter that does nothing for `cin`,
2232 but that's complicated for novices (who can easily encounter this problem) and the example is an example of a more general
2233 problem where a property that we would like to consider static (here, ownership) needs infrequently be addressed
2234 at run time.
2235 The common, most frequent, and safest examples can be handled statically, so we don't want to add cost and complexity to those.
2236 But we must also cope with the uncommon, less-safe, and necessarily more expensive cases.
2237 Such examples are discussed in [[Str15]](http://www.stroustrup.com/resource-model.pdf).
2239 So, we write a class
2241     class Istream { [[gsl::suppress(lifetime)]]
2242     public:
2243         enum Opt { from_line = 1 };
2244         Istream() { }
2245         Istream(zstring p) :owned{true}, inp{new ifstream{p}} {}            // read from file
2246         Istream(zstring p, Opt) :owned{true}, inp{new istringstream{p}} {}  // read from command line
2247         ~Istream() { if (owned) delete inp; }
2248         operator istream& () { return *inp; }
2249     private:
2250         bool owned = false;
2251         istream* inp = &cin;
2252     };
2254 Now, the dynamic nature of `istream` ownership has been encapsulated.
2255 Presumably, a bit of checking for potential errors would be added in real code.
2257 ##### Enforcement
2259 * Hard, it is hard to decide what rule-breaking code is essential
2260 * Flag rule suppression that enable rule-violations to cross interfaces
2262 # <a name="S-functions"></a>F: Functions
2264 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.
2266 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.
2267 Functions are the most critical part in most interfaces, so see the interface rules.
2269 Function rule summary:
2271 Function definition rules:
2273 * [F.1: "Package" meaningful operations as carefully named functions](#Rf-package)
2274 * [F.2: A function should perform a single logical operation](#Rf-logical)
2275 * [F.3: Keep functions short and simple](#Rf-single)
2276 * [F.4: If a function may have to be evaluated at compile time, declare it `constexpr`](#Rf-constexpr)
2277 * [F.5: If a function is very small and time-critical, declare it inline](#Rf-inline)
2278 * [F.6: If your function may not throw, declare it `noexcept`](#Rf-noexcept)
2279 * [F.7: For general use, take `T*` or `T&` arguments rather than smart pointers](#Rf-smart)
2280 * [F.8: Prefer pure functions](#Rf-pure)
2281 * [F.9: Unused parameters should be unnamed](#Rf-unused)
2283 Parameter passing expression rules:
2285 * [F.15: Prefer simple and conventional ways of passing information](#Rf-conventional)
2286 * [F.16: For "in" parameters, pass cheaply-copied types by value and others by reference to `const`](#Rf-in)
2287 * [F.17: For "in-out" parameters, pass by reference to non-`const`](#Rf-inout)
2288 * [F.18: For "will-move-from" parameters, pass by `X&&` and `std::move` the parameter](#Rf-consume)
2289 * [F.19: For "forward" parameters, pass by `TP&&` and only `std::forward` the parameter](#Rf-forward)
2290 * [F.20: For "out" output values, prefer return values to output parameters](#Rf-out)
2291 * [F.21: To return multiple "out" values, prefer returning a tuple or struct](#Rf-out-multi)
2292 * [F.60: Prefer `T*` over `T&` when "no argument" is a valid option](#Rf-ptr-ref)
2294 Parameter passing semantic rules:
2296 * [F.22: Use `T*` or `owner<T*>` to designate a single object](#Rf-ptr)
2297 * [F.23: Use a `not_null<T>` to indicate that "null" is not a valid value](#Rf-nullptr)
2298 * [F.24: Use a `span<T>` or a `span_p<T>` to designate a half-open sequence](#Rf-range)
2299 * [F.25: Use a `zstring` or a `not_null<zstring>` to designate a C-style string](#Rf-zstring)
2300 * [F.26: Use a `unique_ptr<T>` to transfer ownership where a pointer is needed](#Rf-unique_ptr)
2301 * [F.27: Use a `shared_ptr<T>` to share ownership](#Rf-shared_ptr)
2303 <a name="Rf-value-return"></a>Value return semantic rules:
2305 * [F.42: Return a `T*` to indicate a position (only)](#Rf-return-ptr)
2306 * [F.43: Never (directly or indirectly) return a pointer or a reference to a local object](#Rf-dangle)
2307 * [F.44: Return a `T&` when copy is undesirable and "returning no object" isn't needed](#Rf-return-ref)
2308 * [F.45: Don't return a `T&&`](#Rf-return-ref-ref)
2309 * [F.46: `int` is the return type for `main()`](#Rf-main)
2310 * [F.47: Return `T&` from assignment operators](#Rf-assignment-op)
2312 Other function rules:
2314 * [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)
2315 * [F.51: Where there is a choice, prefer default arguments over overloading](#Rf-default-args)
2316 * [F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms](#Rf-reference-capture)
2317 * [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)
2318 * [F.54: If you capture `this`, capture all variables explicitly (no default capture)](#Rf-this-capture)
2319 * [F.55: Don't use `va_arg` arguments](#F-varargs)
2321 Functions have strong similarities to lambdas and function objects.
2323 **See also**: [C.lambdas: Function objects and lambdas](#SS-lambdas)
2325 ## <a name="SS-fct-def"></a>F.def: Function definitions
2327 A function definition is a function declaration that also specifies the function's implementation, the function body.
2329 ### <a name="Rf-package"></a>F.1: "Package" meaningful operations as carefully named functions
2331 ##### Reason
2333 Factoring out common code makes code more readable, more likely to be reused, and limit errors from complex code.
2334 If something is a well-specified action, separate it out from its surrounding code and give it a name.
2336 ##### Example, don't
2338     void read_and_print(istream& is)    // read and print an int
2339     {
2340         int x;
2341         if (is >> x)
2342             cout << "the int is " << x << '\n';
2343         else
2344             cerr << "no int on input\n";
2345     }
2347 Almost everything is wrong with `read_and_print`.
2348 It reads, it writes (to a fixed `ostream`), it writes error messages (to a fixed `ostream`), it handles only `int`s.
2349 There is nothing to reuse, logically separate operations are intermingled and local variables are in scope after the end of their logical use.
2350 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
2351 mess could become hard to understand.
2353 ##### Note
2355 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.
2357 ##### Example
2359     sort(a, b, [](T x, T y) { return x.rank() < y.rank() && x.value() < y.value(); });
2361 Naming that lambda breaks up the expression into its logical parts and provides a strong hint to the meaning of the lambda.
2363     auto lessT = [](T x, T y) { return x.rank() < y.rank() && x.value() < y.value(); };
2365     sort(a, b, lessT);
2366     find_if(a, b, lessT);
2368 The shortest code is not always the best for performance or maintainability.
2370 ##### Exception
2372 Loop bodies, including lambdas used as loop bodies, rarely need to be named.
2373 However, large loop bodies (e.g., dozens of lines or dozens of pages) can be a problem.
2374 The rule [Keep functions short and simple](#Rf-single) implies "Keep loop bodies short."
2375 Similarly, lambdas used as callback arguments are sometimes non-trivial, yet unlikely to be reusable.
2377 ##### Enforcement
2379 * See [Keep functions short and simple](#Rf-single)
2380 * Flag identical and very similar lambdas used in different places.
2382 ### <a name="Rf-logical"></a>F.2: A function should perform a single logical operation
2384 ##### Reason
2386 A function that performs a single operation is simpler to understand, test, and reuse.
2388 ##### Example
2390 Consider:
2392     void read_and_print()    // bad
2393     {
2394         int x;
2395         cin >> x;
2396         // check for errors
2397         cout << x << "\n";
2398     }
2400 This is a monolith that is tied to a specific input and will never find another (different) use. Instead, break functions up into suitable logical parts and parameterize:
2402     int read(istream& is)    // better
2403     {
2404         int x;
2405         is >> x;
2406         // check for errors
2407         return x;
2408     }
2410     void print(ostream& os, int x)
2411     {
2412         os << x << "\n";
2413     }
2415 These can now be combined where needed:
2417     void read_and_print()
2418     {
2419         auto x = read(cin);
2420         print(cout, x);
2421     }
2423 If there was a need, we could further templatize `read()` and `print()` on the data type, the I/O mechanism, the response to errors, etc. Example:
2425     auto read = [](auto& input, auto& value)    // better
2426     {
2427         input >> value;
2428         // check for errors
2429     };
2431     auto print(auto& output, const auto& value)
2432     {
2433         output << value << "\n";
2434     }
2436 ##### Enforcement
2438 * Consider functions with more than one "out" parameter suspicious. Use return values instead, including `tuple` for multiple return values.
2439 * Consider "large" functions that don't fit on one editor screen suspicious. Consider factoring such a function into smaller well-named suboperations.
2440 * Consider functions with 7 or more parameters suspicious.
2442 ### <a name="Rf-single"></a>F.3: Keep functions short and simple
2444 ##### Reason
2446 Large functions are hard to read, more likely to contain complex code, and more likely to have variables in larger than minimal scopes.
2447 Functions with complex control structures are more likely to be long and more likely to hide logical errors
2449 ##### Example
2451 Consider:
2453     double simple_func(double val, int flag1, int flag2)
2454         // simple_func: takes a value and calculates the expected ASIC output,
2455         // given the two mode flags.
2456     {
2457         double intermediate;
2458         if (flag1 > 0) {
2459             intermediate = func1(val);
2460             if (flag2 % 2)
2461                  intermediate = sqrt(intermediate);
2462         }
2463         else if (flag1 == -1) {
2464             intermediate = func1(-val);
2465             if (flag2 % 2)
2466                  intermediate = sqrt(-intermediate);
2467             flag1 = -flag1;
2468         }
2469         if (abs(flag2) > 10) {
2470             intermediate = func2(intermediate);
2471         }
2472         switch (flag2 / 10) {
2473         case 1: if (flag1 == -1) return finalize(intermediate, 1.171);
2474                 break;
2475         case 2: return finalize(intermediate, 13.1);
2476         default: break;
2477         }
2478         return finalize(intermediate, 0.);
2479     }
2481 This is too complex (and long).
2482 How would you know if all possible alternatives have been correctly handled?
2483 Yes, it breaks other rules also.
2485 We can refactor:
2487     double func1_muon(double val, int flag)
2488     {
2489         // ???
2490     }
2492     double funct1_tau(double val, int flag1, int flag2)
2493     {
2494         // ???
2495     }
2497     double simple_func(double val, int flag1, int flag2)
2498         // simple_func: takes a value and calculates the expected ASIC output,
2499         // given the two mode flags.
2500     {
2501         if (flag1 > 0)
2502             return func1_muon(val, flag2);
2503         if (flag1 == -1)
2504             // handled by func1_tau: flag1 = -flag1;
2505             return func1_tau(-val, flag1, flag2);
2506         return 0.;
2507     }
2509 ##### Note
2511 "It doesn't fit on a screen" is often a good practical definition of "far too large."
2512 One-to-five-line functions should be considered normal.
2514 ##### Note
2516 Break large functions up into smaller cohesive and named functions.
2517 Small simple functions are easily inlined where the cost of a function call is significant.
2519 ##### Enforcement
2521 * Flag functions that do not "fit on a screen."
2522   How big is a screen? Try 60 lines by 140 characters; that's roughly the maximum that's comfortable for a book page.
2523 * Flag functions that are too complex. How complex is too complex?
2524   You could use cyclomatic complexity. Try "more than 10 logical path through." Count a simple switch as one path.
2526 ### <a name="Rf-constexpr"></a>F.4: If a function may have to be evaluated at compile time, declare it `constexpr`
2528 ##### Reason
2530  `constexpr` is needed to tell the compiler to allow compile-time evaluation.
2532 ##### Example
2534 The (in)famous factorial:
2536     constexpr int fac(int n)
2537     {
2538         constexpr int max_exp = 17;      // constexpr enables max_exp to be used in Expects
2539         Expects(0 <= n && n < max_exp);  // prevent silliness and overflow
2540         int x = 1;
2541         for (int i = 2; i <= n; ++i) x *= i;
2542         return x;
2543     }
2545 This is C++14.
2546 For C++11, use a recursive formulation of `fac()`.
2548 ##### Note
2550 `constexpr` does not guarantee compile-time evaluation;
2551 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.
2553     constexpr int min(int x, int y) { return x < y ? x : y; }
2555     void test(int v)
2556     {
2557         int m1 = min(-1, 2);            // probably compile-time evaluation
2558         constexpr int m2 = min(-1, 2);  // compile-time evaluation
2559         int m3 = min(-1, v);            // run-time evaluation
2560         constexpr int m4 = min(-1, v);  // error: cannot evaluate at compile time
2561     }
2563 ##### Note
2565 `constexpr` functions are pure: they can have no side effects.
2567     int dcount = 0;
2568     constexpr int double(int v)
2569     {
2570         ++dcount;   // error: attempted side effect from constexpr function
2571         return v + v;
2572     }
2574 This is usually a very good thing.
2576 When given a non-constant argument, a `constexpr` function can throw.
2577 If you consider exiting by throwing a side effect, a `constexpr` function isn't completely pure;
2578 if not, this is not an issue.
2579 ??? A question for the committee: can a constructor for an exception thrown by a `constexpr` function modify state?
2580 "No" would be a nice answer that matches most practice.
2582 ##### Note
2584 Don't try to make all functions `constexpr`.
2585 Most computation is best done at run time.
2587 ##### Note
2589 Any API that may eventually depend on high-level run-time configuration or
2590 business logic should not be made `constexpr`. Such customization can not be
2591 evaluated by the compiler, and any `constexpr` functions that depended upon
2592 that API would have to be refactored or drop `constexpr`.
2594 ##### Enforcement
2596 Impossible and unnecessary.
2597 The compiler gives an error if a non-`constexpr` function is called where a constant is required.
2599 ### <a name="Rf-inline"></a>F.5: If a function is very small and time-critical, declare it `inline`
2601 ##### Reason
2603 Some optimizers are good at inlining without hints from the programmer, but don't rely on it.
2604 Measure! Over the last 40 years or so, we have been promised compilers that can inline better than humans without hints from humans.
2605 We are still waiting.
2606 Specifying `inline` encourages the compiler to do a better job.
2608 ##### Example
2610     inline string cat(const string& s, const string& s2) { return s + s2; }
2612 ##### Exception
2614 Do not put an `inline` function in what is meant to be a stable interface unless you are certain that it will not change.
2615 An inline function is part of the ABI.
2617 ##### Note
2619 `constexpr` implies `inline`.
2621 ##### Note
2623 Member functions defined in-class are `inline` by default.
2625 ##### Exception
2627 Template functions (incl. template member functions) are normally defined in headers and therefore inline.
2629 ##### Enforcement
2631 Flag `inline` functions that are more than three statements and could have been declared out of line (such as class member functions).
2633 ### <a name="Rf-noexcept"></a>F.6: If your function may not throw, declare it `noexcept`
2635 ##### Reason
2637 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.
2639 ##### Example
2641 Put `noexcept` on every function written completely in C or in any other language without exceptions.
2642 The C++ Standard Library does that implicitly for all functions in the C Standard Library.
2644 ##### Note
2646 `constexpr` functions can throw when evaluated at run time, so you may need `noexcept` for some of those.
2648 ##### Example
2650 You can use `noexcept` even on functions that can throw:
2652     vector<string> collect(istream& is) noexcept
2653     {
2654         vector<string> res;
2655         for (string s; is >> s;)
2656             res.push_back(s);
2657         return res;
2658     }
2660 If `collect()` runs out of memory, the program crashes.
2661 Unless the program is crafted to survive memory exhaustion, that may be just the right thing to do;
2662 `terminate()` may generate suitable error log information (but after memory runs out it is hard to do anything clever).
2664 ##### Note
2666 You must be aware of the execution environment that your code is running when
2667 deciding whether to tag a function `noexcept`, especially because of the issue
2668 of throwing and allocation.  Code that is intended to be perfectly general (like
2669 the standard library and other utility code of that sort) needs to support
2670 environments where a `bad_alloc` exception may be handled meaningfully.
2671 However, most programs and execution environments cannot meaningfully
2672 handle a failure to allocate, and aborting the program is the cleanest and
2673 simplest response to an allocation failure in those cases.  If you know that
2674 your application code cannot respond to an allocation failure, it may be
2675 appropriate to add `noexcept` even on functions that allocate.
2677 Put another way: In most programs, most functions can throw (e.g., because they
2678 use `new`, call functions that do, or use library functions that reports failure
2679 by throwing), so don't just sprinkle `noexcept` all over the place without
2680 considering whether the possible exceptions can be handled.
2682 `noexcept` is most useful (and most clearly correct) for frequently used,
2683 low-level functions.
2685 ##### Note
2687 Destructors, `swap` functions, move operations, and default constructors should never throw.
2689 ##### Enforcement
2691 * Flag functions that are not `noexcept`, yet cannot throw.
2692 * Flag throwing `swap`, `move`, destructors, and default constructors.
2694 ### <a name="Rf-smart"></a>F.7: For general use, take `T*` or `T&` arguments rather than smart pointers
2696 ##### Reason
2698 Passing a smart pointer transfers or shares ownership and should only be used when ownership semantics are intended (see [R.30](#Rr-smartptrparam)).
2699 Passing by smart pointer restricts the use of a function to callers that use smart pointers.
2700 Passing a shared smart pointer (e.g., `std::shared_ptr`) implies a run-time cost.
2702 ##### Example
2704     // accepts any int*
2705     void f(int*);
2707     // can only accept ints for which you want to transfer ownership
2708     void g(unique_ptr<int>);
2710     // can only accept ints for which you are willing to share ownership
2711     void g(shared_ptr<int>);
2713     // doesn't change ownership, but requires a particular ownership of the caller
2714     void h(const unique_ptr<int>&);
2716     // accepts any int
2717     void h(int&);
2719 ##### Example, bad
2721     // callee
2722     void f(shared_ptr<widget>& w)
2723     {
2724         // ...
2725         use(*w); // only use of w -- the lifetime is not used at all
2726         // ...
2727     };
2729 See further in [R.30](#Rr-smartptrparam).
2731 ##### Note
2733 We can catch dangling pointers statically, so we don't need to rely on resource management to avoid violations from dangling pointers.
2735 **See also**:
2737 * [Prefer `T*` over `T&` when "no argument" is a valid option](#Rf-ptr-ref)
2738 * [Smart pointer rule summary](#Rr-summary-smartptrs)
2740 ##### Enforcement
2742 Flag a parameter of a smart pointer type (a type that overloads `operator->` or `operator*`) for which the ownership semantics are not used;
2743 that is
2745 * copyable but never copied/moved from or movable but never moved
2746 * and that is never modified or passed along to another function that could do so.
2748 ### <a name="Rf-pure"></a>F.8: Prefer pure functions
2750 ##### Reason
2752 Pure functions are easier to reason about, sometimes easier to optimize (and even parallelize), and sometimes can be memoized.
2754 ##### Example
2756     template<class T>
2757     auto square(T t) { return t * t; }
2759 ##### Note
2761 `constexpr` functions are pure.
2763 When given a non-constant argument, a `constexpr` function can throw.
2764 If you consider exiting by throwing a side effect, a `constexpr` function isn't completely pure;
2765 if not, this is not an issue.
2766 ??? A question for the committee: can a constructor for an exception thrown by a `constexpr` function modify state?
2767 "No" would be a nice answer that matches most practice.
2769 ##### Enforcement
2771 Not possible.
2773 ### <a name="Rf-unused"></a>F.9: Unused parameters should be unnamed
2775 ##### Reason
2777 Readability.
2778 Suppression of unused parameter warnings.
2780 ##### Example
2782     X* find(map<Blob>& m, const string& s, Hint);   // once upon a time, a hint was used
2784 ##### Note
2786 Allowing parameters to be unnamed was introduced in the early 1980 to address this problem.
2788 ##### Enforcement
2790 Flag named unused parameters.
2792 ## <a name="SS-call"></a>F.call: Parameter passing
2794 There are a variety of ways to pass parameters to a function and to return values.
2796 ### <a name="Rf-conventional"></a>F.15: Prefer simple and conventional ways of passing information
2798 ##### Reason
2800 Using "unusual and clever" techniques causes surprises, slows understanding by other programmers, and encourages bugs.
2801 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.
2803 The following tables summarize the advice in the following Guidelines, F.16-21.
2805 Normal parameter passing:
2807 ![Normal parameter passing table](./param-passing-normal.png "Normal parameter passing")
2809 Advanced parameter passing:
2811 ![Advanced parameter passing table](./param-passing-advanced.png "Advanced parameter passing")
2813 Use the advanced techniques only after demonstrating need, and document that need in a comment.
2815 ### <a name="Rf-in"></a>F.16: For "in" parameters, pass cheaply-copied types by value and others by reference to `const`
2817 ##### Reason
2819 Both let the caller know that a function will not modify the argument, and both allow initialization by rvalues.
2821 What is "cheap to copy" depends on the machine architecture, but two or three words (doubles, pointers, references) are usually best passed by value.
2822 When copying is cheap, nothing beats the simplicity and safety of copying, and for small objects (up to two or three words) it is also faster than passing by reference because it does not require an extra indirection to access from the function.
2824 ##### Example
2826     void f1(const string& s);  // OK: pass by reference to const; always cheap
2828     void f2(string s);         // bad: potentially expensive
2830     void f3(int x);            // OK: Unbeatable
2832     void f4(const int& x);     // bad: overhead on access in f4()
2834 For advanced uses (only), where you really need to optimize for rvalues passed to "input-only" parameters:
2836 * If the function is going to unconditionally move from the argument, take it by `&&`. See [F.18](#Rf-consume).
2837 * If the function is going to keep a copy of the argument, in addition to passing by `const&` (for lvalues),
2838   add an overload that passes the parameter by `&&` (for rvalues) and in the body `std::move`s it to its destination. Essentially this overloads a "will-move-from"; see [F.18](#Rf-consume).
2839 * In special cases, such as multiple "input + copy" parameters, consider using perfect forwarding. See [F.19](#Rf-forward).
2841 ##### Example
2843     int multiply(int, int); // just input ints, pass by value
2845     // suffix is input-only but not as cheap as an int, pass by const&
2846     string& concatenate(string&, const string& suffix);
2848     void sink(unique_ptr<widget>);  // input only, and moves ownership of the widget
2850 Avoid "esoteric techniques" such as:
2852 * Passing arguments as `T&&` "for efficiency".
2853   Most rumors about performance advantages from passing by `&&` are false or brittle (but see [F.18](#Rf-consume) and [F.19](#Rf-forward)).
2854 * Returning `const T&` from assignments and similar operations (see [F.47](#Rf-assignment-op).)
2856 ##### Example
2858 Assuming that `Matrix` has move operations (possibly by keeping its elements in a `std::vector`):
2860     Matrix operator+(const Matrix& a, const Matrix& b)
2861     {
2862         Matrix res;
2863         // ... fill res with the sum ...
2864         return res;
2865     }
2867     Matrix x = m1 + m2;  // move constructor
2869     y = m3 + m3;         // move assignment
2871 ##### Notes
2873 The return value optimization doesn't handle the assignment case, but the move assignment does.
2875 A reference may be assumed to refer to a valid object (language rule).
2876 There is no (legitimate) "null reference."
2877 If you need the notion of an optional value, use a pointer, `std::optional`, or a special value used to denote "no value."
2879 ##### Enforcement
2881 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a parameter being passed by value has a size greater than `4 * sizeof(int)`.
2882   Suggest using a reference to `const` instead.
2883 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a `const` parameter being passed by reference has a size less than `3 * sizeof(int)`. Suggest passing by value instead.
2884 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a `const` parameter being passed by reference is `move`d.
2886 ### <a name="Rf-inout"></a>F.17: For "in-out" parameters, pass by reference to non-`const`
2888 ##### Reason
2890 This makes it clear to callers that the object is assumed to be modified.
2892 ##### Example
2894     void update(Record& r);  // assume that update writes to r
2896 ##### Note
2898 A `T&` argument can pass information into a function as well as out of it.
2899 Thus `T&` could be an in-out-parameter. That can in itself be a problem and a source of errors:
2901     void f(string& s)
2902     {
2903         s = "New York";  // non-obvious error
2904     }
2906     void g()
2907     {
2908         string buffer = ".................................";
2909         f(buffer);
2910         // ...
2911     }
2913 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).
2914 A bad logic error can happen if the writer of `g()` incorrectly assumes the size of the `buffer`.
2916 ##### Enforcement
2918 * (Moderate) ((Foundation)) Warn about functions regarding reference to non-`const` parameters that do *not* write to them.
2919 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a non-`const` parameter being passed by reference is `move`d.
2921 ### <a name="Rf-consume"></a>F.18: For "will-move-from" parameters, pass by `X&&` and `std::move` the parameter
2923 ##### Reason
2925 It's efficient and eliminates bugs at the call site: `X&&` binds to rvalues, which requires an explicit `std::move` at the call site if passing an lvalue.
2927 ##### Example
2929     void sink(vector<int>&& v) {   // sink takes ownership of whatever the argument owned
2930         // usually there might be const accesses of v here
2931         store_somewhere(std::move(v));
2932         // usually no more use of v here; it is moved-from
2933     }
2935 Note that the `std::move(v)` makes it possible for `store_somewhere()` to leave `v` in a moved-from state.
2936 [That could be dangerous](#Rc-move-semantic).
2939 ##### Exception
2941 Unique owner types that are move-only and cheap-to-move, such as `unique_ptr`, can also be passed by value which is simpler to write and achieves the same effect. Passing by value does generate one extra (cheap) move operation, but prefer simplicity and clarity first.
2943 For example:
2945     template <class T>
2946     void sink(std::unique_ptr<T> p) {
2947         // use p ... possibly std::move(p) onward somewhere else
2948     }   // p gets destroyed
2950 ##### Enforcement
2952 * Flag all `X&&` parameters (where `X` is not a template type parameter name) where the function body uses them without `std::move`.
2953 * Flag access to moved-from objects.
2954 * Don't conditionally move from objects
2956 ### <a name="Rf-forward"></a>F.19: For "forward" parameters, pass by `TP&&` and only `std::forward` the parameter
2958 ##### Reason
2960 If the object is to be passed onward to other code and not directly used by this function, we want to make this function agnostic to the argument `const`-ness and rvalue-ness.
2962 In that case, and only that case, make the parameter `TP&&` where `TP` is a template type parameter -- it both *ignores* and *preserves* `const`-ness and rvalue-ness. Therefore any code that uses a `TP&&` is implicitly declaring that it itself doesn't care about the variable's `const`-ness and rvalue-ness (because it is ignored), but that intends to pass the value onward to other code that does care about `const`-ness and rvalue-ness (because it is preserved). When used as a parameter `TP&&` is safe because any temporary objects passed from the caller will live for the duration of the function call. A parameter of type `TP&&` should essentially always be passed onward via `std::forward` in the body of the function.
2964 ##### Example
2966     template <class F, class... Args>
2967     inline auto invoke(F f, Args&&... args) {
2968         return f(forward<Args>(args)...);
2969     }
2971     ??? calls ???
2973 ##### Enforcement
2975 * Flag a function that takes a `TP&&` parameter (where `TP` is a template type parameter name) and does anything with it other than `std::forward`ing it exactly once on every static path.
2977 ### <a name="Rf-out"></a>F.20: For "out" output values, prefer return values to output parameters
2979 ##### Reason
2981 A return value is self-documenting, whereas a `&` could be either in-out or out-only and is liable to be misused.
2983 This includes large objects like standard containers that use implicit move operations for performance and to avoid explicit memory management.
2985 If you have multiple values to return, [use a tuple](#Rf-out-multi) or similar multi-member type.
2987 ##### Example
2989     // OK: return pointers to elements with the value x
2990     vector<const int*> find_all(const vector<int>&, int x);
2992     // Bad: place pointers to elements with value x in-out
2993     void find_all(const vector<int>&, vector<const int*>& out, int x);
2995 ##### Note
2997 A `struct` of many (individually cheap-to-move) elements may be in aggregate expensive to move.
2999 It is not recommended to return a `const` value.
3000 Such older advice is now obsolete; it does not add value, and it interferes with move semantics.
3002     const vector<int> fct();    // bad: that "const" is more trouble than it is worth
3004     vector<int> g(const vector<int>& vx)
3005     {
3006         // ...
3007         fct() = vx;   // prevented by the "const"
3008         // ...
3009         return fct(); // expensive copy: move semantics suppressed by the "const"
3010     }
3012 The argument for adding `const` to a return value is that it prevents (very rare) accidental access to a temporary.
3013 The argument against is prevents (very frequent) use of move semantics.
3015 ##### Exceptions
3017 * For non-value types, such as types in an inheritance hierarchy, return the object by `unique_ptr` or `shared_ptr`.
3018 * If a type is expensive to move (e.g., `array<BigPOD>`), consider allocating it on the free store and return a handle (e.g., `unique_ptr`), or passing it in a reference to non-`const` target object to fill (to be used as an out-parameter).
3019 * To reuse an object that carries capacity (e.g., `std::string`, `std::vector`) across multiple calls to the function in an inner loop: [treat it as an in/out parameter and pass by reference](#Rf-out-multi).
3021 ##### Example
3023     struct Package {      // exceptional case: expensive-to-move object
3024         char header[16];
3025         char load[2024 - 16];
3026     };
3028     Package fill();       // Bad: large return value
3029     void fill(Package&);  // OK
3031     int val();            // OK
3032     void val(int&);       // Bad: Is val reading its argument
3034 ##### Enforcement
3036 * Flag reference to non-`const` parameters that are not read before being written to and are a type that could be cheaply returned; they should be "out" return values.
3037 * Flag returning a `const` value. To fix: Remove `const` to return a non-`const` value instead.
3039 ### <a name="Rf-out-multi"></a>F.21: To return multiple "out" values, prefer returning a tuple or struct
3041 ##### Reason
3043 A return value is self-documenting as an "output-only" value.
3044 Note that C++ does have multiple return values, by convention of using a `tuple` (including `pair`),
3045 possibly with the extra convenience of `tie` at the call site.
3047 ##### Example
3049     // BAD: output-only parameter documented in a comment
3050     int f(const string& input, /*output only*/ string& output_data)
3051     {
3052         // ...
3053         output_data = something();
3054         return status;
3055     }
3057     // GOOD: self-documenting
3058     tuple<int, string> f(const string& input)
3059     {
3060         // ...
3061         return make_tuple(status, something());
3062     }
3064 C++98's standard library already used this style, because a `pair` is like a two-element `tuple`.
3065 For example, given a `set<string> my_set`, consider:
3067     // C++98
3068     result = my_set.insert("Hello");
3069     if (result.second) do_something_with(result.first);    // workaround
3071 With C++11 we can write this, putting the results directly in existing local variables:
3073     Sometype iter;                                // default initialize if we haven't already
3074     Someothertype success;                        // used these variables for some other purpose
3076     tie(iter, success) = my_set.insert("Hello");   // normal return value
3077     if (success) do_something_with(iter);
3079 With C++17 we should be able to use "structured bindings" to declare and initialize the multiple variables:
3081     if (auto [ iter, success ] = my_set.insert("Hello"); success) do_something_with(iter);
3083 ##### Exception
3085 Sometimes, we need to pass an object to a function to manipulate its state.
3086 In such cases, passing the object by reference [`T&`](#Rf-inout) is usually the right technique.
3087 Explicitly passing an in-out parameter back out again as a return value is often not necessary.
3088 For example:
3090     istream& operator>>(istream& is, string& s);    // much like std::operator>>()
3092     for (string s; cin >> s; ) {
3093         // do something with line
3094     }
3096 Here, both `s` and `cin` are used as in-out parameters.
3097 We pass `cin` by (non-`const`) reference to be able to manipulate its state.
3098 We pass `s` to avoid repeated allocations.
3099 By reusing `s` (passed by reference), we allocate new memory only when we need to expand `s`'s capacity.
3100 This technique is sometimes called the "caller-allocated out" pattern and is particularly useful for types,
3101 such as `string` and `vector`, that needs to do free store allocations.
3103 To compare, if we passed out all values as return values, we would something like this:
3105     pair<istream&, string> get_string(istream& is);  // not recommended
3106     {
3107         string s;
3108         is >> s;
3109         return {is, s};
3110     }
3112     for (auto p = get_string(cin); p.first; ) {
3113         // do something with p.second
3114     }
3116 We consider that significantly less elegant with significantly less performance.
3118 For a truly strict reading of this rule (F.21), the exception isn't really an exception because it relies on in-out parameters,
3119 rather than the plain out parameters mentioned in the rule.
3120 However, we prefer to be explicit, rather than subtle.
3122 ##### Note
3124 In many cases, it may be useful to return a specific, user-defined type.
3125 For example:
3127     struct Distance {
3128         int value;
3129         int unit = 1;   // 1 means meters
3130     };
3132     Distance d1 = measure(obj1);        // access d1.value and d1.unit
3133     auto d2 = measure(obj2);            // access d2.value and d2.unit
3134     auto [value, unit] = measure(obj3); // access value and unit; somewhat redundant
3135                                         // to people who know measure()
3136     auto [x, y] = measure(obj4);        // don't; it's likely to be confusing
3138 The overly-generic `pair` and `tuple` should be used only when the value returned represents to independent entities rather than an abstraction.
3140 Another example, use a specific type along the lines of `variant<T, error_code>`, rather than using the generic `tuple`.
3142 ##### Enforcement
3144 * Output parameters should be replaced by return values.
3145   An output parameter is one that the function writes to, invokes a non-`const` member function, or passes on as a non-`const`.
3147 ### <a name="Rf-ptr"></a>F.22: Use `T*` or `owner<T*>` to designate a single object
3149 ##### Reason
3151 Readability: it makes the meaning of a plain pointer clear.
3152 Enables significant tool support.
3154 ##### Note
3156 In traditional C and C++ code, plain `T*` is used for many weakly-related purposes, such as:
3158 * Identify a (single) object (not to be deleted by this function)
3159 * Point to an object allocated on the free store (and delete it later)
3160 * Hold the `nullptr`
3161 * Identify a C-style string (zero-terminated array of characters)
3162 * Identify an array with a length specified separately
3163 * Identify a location in an array
3165 This makes it hard to understand what the code does and is supposed to do.
3166 It complicates checking and tool support.
3168 ##### Example
3170     void use(int* p, int n, char* s, int* q)
3171     {
3172         p[n - 1] = 666; // Bad: we don't know if p points to n elements;
3173                         // assume it does not or use span<int>
3174         cout << s;      // Bad: we don't know if that s points to a zero-terminated array of char;
3175                         // assume it does not or use zstring
3176         delete q;       // Bad: we don't know if *q is allocated on the free store;
3177                         // assume it does not or use owner
3178     }
3180 better
3182     void use2(span<int> p, zstring s, owner<int*> q)
3183     {
3184         p[p.size() - 1] = 666; // OK, a range error can be caught
3185         cout << s; // OK
3186         delete q;  // OK
3187     }
3189 ##### Note
3191 `owner<T*>` represents ownership, `zstring` represents a C-style string.
3193 **Also**: Assume that a `T*` obtained from a smart pointer to `T` (e.g., `unique_ptr<T>`) points to a single element.
3195 **See also**: [Support library](#S-gsl)
3197 **See also**: [Do not pass an array as a single pointer](#Ri-array)
3199 ##### Enforcement
3201 * (Simple) ((Bounds)) Warn for any arithmetic operation on an expression of pointer type that results in a value of pointer type.
3203 ### <a name="Rf-nullptr"></a>F.23: Use a `not_null<T>` to indicate that "null" is not a valid value
3205 ##### Reason
3207 Clarity. A function with a `not_null<T>` parameter makes it clear that the caller of the function is responsible for any `nullptr` checks that may be necessary.
3208 Similarly, a function with a return value of `not_null<T>` makes it clear that the caller of the function does not need to check for `nullptr`.
3210 ##### Example
3212 `not_null<T*>` makes it obvious to a reader (human or machine) that a test for `nullptr` is not necessary before dereference.
3213 Additionally, when debugging, `owner<T*>` and `not_null<T>` can be instrumented to check for correctness.
3215 Consider:
3217     int length(Record* p);
3219 When I call `length(p)` should I check if `p` is `nullptr` first? Should the implementation of `length()` check if `p` is `nullptr`?
3221     // it is the caller's job to make sure p != nullptr
3222     int length(not_null<Record*> p);
3224     // the implementor of length() must assume that p == nullptr is possible
3225     int length(Record* p);
3227 ##### Note
3229 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).
3231 ##### Note
3233 `not_null` is not just for built-in pointers. It works for `unique_ptr`, `shared_ptr`, and other pointer-like types.
3235 ##### Enforcement
3237 * (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.
3238 * (Simple) Error if a raw pointer is sometimes dereferenced after first being tested against `nullptr` (or equivalent) within the function and sometimes is not.
3239 * (Simple) Warn if a `not_null` pointer is tested against `nullptr` within a function.
3241 ### <a name="Rf-range"></a>F.24: Use a `span<T>` or a `span_p<T>` to designate a half-open sequence
3243 ##### Reason
3245 Informal/non-explicit ranges are a source of errors.
3247 ##### Example
3249     X* find(span<X> r, const X& v);    // find v in r
3251     vector<X> vec;
3252     // ...
3253     auto p = find({vec.begin(), vec.end()}, X{});  // find X{} in vec
3255 ##### Note
3257 Ranges are extremely common in C++ code. Typically, they are implicit and their correct use is very hard to ensure.
3258 In particular, given a pair of arguments `(p, n)` designating an array `[p:p+n)`,
3259 it is in general impossible to know if there really are `n` elements to access following `*p`.
3260 `span<T>` and `span_p<T>` are simple helper classes designating a `[p:q)` range and a range starting with `p` and ending with the first element for which a predicate is true, respectively.
3262 ##### Example
3264 A `span` represents a range of elements, but how do we manipulate elements of that range?
3266     void f(span<int> s)
3267     {
3268         // range traversal (guaranteed correct)
3269         for (int x : s) cout << x << '\n';
3271         // C-style traversal (potentially checked)
3272         for (gsl::index i = 0; i < s.size(); ++i) cout << s[i] << '\n';
3274         // random access (potentially checked)
3275         s[7] = 9;
3277         // extract pointers (potentially checked)
3278         std::sort(&s[0], &s[s.size() / 2]);
3279     }
3281 ##### Note
3283 A `span<T>` object does not own its elements and is so small that it can be passed by value.
3285 Passing a `span` object as an argument is exactly as efficient as passing a pair of pointer arguments or passing a pointer and an integer count.
3287 **See also**: [Support library](#S-gsl)
3289 ##### Enforcement
3291 (Complex) Warn where accesses to pointer parameters are bounded by other parameters that are integral types and suggest they could use `span` instead.
3293 ### <a name="Rf-zstring"></a>F.25: Use a `zstring` or a `not_null<zstring>` to designate a C-style string
3295 ##### Reason
3297 C-style strings are ubiquitous. They are defined by convention: zero-terminated arrays of characters.
3298 We must distinguish C-style strings from a pointer to a single character or an old-fashioned pointer to an array of characters.
3300 ##### Example
3302 Consider:
3304     int length(const char* p);
3306 When I call `length(s)` should I check if `s` is `nullptr` first? Should the implementation of `length()` check if `p` is `nullptr`?
3308     // the implementor of length() must assume that p == nullptr is possible
3309     int length(zstring p);
3311     // it is the caller's job to make sure p != nullptr
3312     int length(not_null<zstring> p);
3314 ##### Note
3316 `zstring` do not represent ownership.
3318 **See also**: [Support library](#S-gsl)
3320 ### <a name="Rf-unique_ptr"></a>F.26: Use a `unique_ptr<T>` to transfer ownership where a pointer is needed
3322 ##### Reason
3324 Using `unique_ptr` is the cheapest way to pass a pointer safely.
3326 **See also**: [C.50](#Rc-factory) regarding when to return a `shared_ptr` from a factory.
3328 ##### Example
3330     unique_ptr<Shape> get_shape(istream& is)  // assemble shape from input stream
3331     {
3332         auto kind = read_header(is); // read header and identify the next shape on input
3333         switch (kind) {
3334         case kCircle:
3335             return make_unique<Circle>(is);
3336         case kTriangle:
3337             return make_unique<Triangle>(is);
3338         // ...
3339         }
3340     }
3342 ##### Note
3344 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).
3346 ##### Enforcement
3348 (Simple) Warn if a function returns a locally allocated raw pointer. Suggest using either `unique_ptr` or `shared_ptr` instead.
3350 ### <a name="Rf-shared_ptr"></a>F.27: Use a `shared_ptr<T>` to share ownership
3352 ##### Reason
3354 Using `std::shared_ptr` is the standard way to represent shared ownership. That is, the last owner deletes the object.
3356 ##### Example
3358     shared_ptr<const Image> im { read_image(somewhere) };
3360     std::thread t0 {shade, args0, top_left, im};
3361     std::thread t1 {shade, args1, top_right, im};
3362     std::thread t2 {shade, args2, bottom_left, im};
3363     std::thread t3 {shade, args3, bottom_right, im};
3365     // detach threads
3366     // last thread to finish deletes the image
3368 ##### Note
3370 Prefer a `unique_ptr` over a `shared_ptr` if there is never more than one owner at a time.
3371 `shared_ptr` is for shared ownership.
3373 Note that pervasive use of `shared_ptr` has a cost (atomic operations on the `shared_ptr`'s reference count have a measurable aggregate cost).
3375 ##### Alternative
3377 Have a single object own the shared object (e.g. a scoped object) and destroy that (preferably implicitly) when all users have completed.
3379 ##### Enforcement
3381 (Not enforceable) This is a too complex pattern to reliably detect.
3383 ### <a name="Rf-ptr-ref"></a>F.60: Prefer `T*` over `T&` when "no argument" is a valid option
3385 ##### Reason
3387 A pointer (`T*`) can be a `nullptr` and a reference (`T&`) cannot, there is no valid "null reference".
3388 Sometimes having `nullptr` as an alternative to indicated "no object" is useful, but if it is not, a reference is notationally simpler and might yield better code.
3390 ##### Example
3392     string zstring_to_string(zstring p) // zstring is a char*; that is a C-style string
3393     {
3394         if (!p) return string{};    // p might be nullptr; remember to check
3395         return string{p};
3396     }
3398     void print(const vector<int>& r)
3399     {
3400         // r refers to a vector<int>; no check needed
3401     }
3403 ##### Note
3405 It is possible, but not valid C++ to construct a reference that is essentially a `nullptr` (e.g., `T* p = nullptr; T& r = (T&)*p;`).
3406 That error is very uncommon.
3408 ##### Note
3410 If you prefer the pointer notation (`->` and/or `*` vs. `.`), `not_null<T*>` provides the same guarantee as `T&`.
3412 ##### Enforcement
3414 * Flag ???
3416 ### <a name="Rf-return-ptr"></a>F.42: Return a `T*` to indicate a position (only)
3418 ##### Reason
3420 That's what pointers are good for.
3421 Returning a `T*` to transfer ownership is a misuse.
3423 ##### Example
3425     Node* find(Node* t, const string& s)  // find s in a binary tree of Nodes
3426     {
3427         if (!t || t->name == s) return t;
3428         if ((auto p = find(t->left, s))) return p;
3429         if ((auto p = find(t->right, s))) return p;
3430         return nullptr;
3431     }
3433 If it isn't the `nullptr`, the pointer returned by `find` indicates a `Node` holding `s`.
3434 Importantly, that does not imply a transfer of ownership of the pointed-to object to the caller.
3436 ##### Note
3438 Positions can also be transferred by iterators, indices, and references.
3439 A reference is often a superior alternative to a pointer [if there is no need to use `nullptr`](#Rf-ptr-ref) or [if the object referred to should not change](???).
3441 ##### Note
3443 Do not return a pointer to something that is not in the caller's scope; see [F.43](#Rf-dangle).
3445 **See also**: [discussion of dangling pointer prevention](#???)
3447 ##### Enforcement
3449 * Flag `delete`, `std::free()`, etc. applied to a plain `T*`.
3450 Only owners should be deleted.
3451 * Flag `new`, `malloc()`, etc. assigned to a plain `T*`.
3452 Only owners should be responsible for deletion.
3454 ### <a name="Rf-dangle"></a>F.43: Never (directly or indirectly) return a pointer or a reference to a local object
3456 ##### Reason
3458 To avoid the crashes and data corruption that can result from the use of such a dangling pointer.
3460 ##### Example, bad
3462 After the return from a function its local objects no longer exist:
3464     int* f()
3465     {
3466         int fx = 9;
3467         return &fx;  // BAD
3468     }
3470     void g(int* p)   // looks innocent enough
3471     {
3472         int gx;
3473         cout << "*p == " << *p << '\n';
3474         *p = 999;
3475         cout << "gx == " << gx << '\n';
3476     }
3478     void h()
3479     {
3480         int* p = f();
3481         int z = *p;  // read from abandoned stack frame (bad)
3482         g(p);        // pass pointer to abandoned stack frame to function (bad)
3483     }
3485 Here on one popular implementation I got the output:
3487     *p == 999
3488     gx == 999
3490 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`.
3492 * Imagine what would happen if `fx` and `gx` were of different types.
3493 * Imagine what would happen if `fx` or `gx` was a type with an invariant.
3494 * Imagine what would happen if more that dangling pointer was passed around among a larger set of functions.
3495 * Imagine what a cracker could do with that dangling pointer.
3497 Fortunately, most (all?) modern compilers catch and warn against this simple case.
3499 ##### Note
3501 This applies to references as well:
3503     int& f()
3504     {
3505         int x = 7;
3506         // ...
3507         return x;  // Bad: returns reference to object that is about to be destroyed
3508     }
3510 ##### Note
3512 This applies only to non-`static` local variables.
3513 All `static` variables are (as their name indicates) statically allocated, so that pointers to them cannot dangle.
3515 ##### Example, bad
3517 Not all examples of leaking a pointer to a local variable are that obvious:
3519     int* glob;       // global variables are bad in so many ways
3521     template<class T>
3522     void steal(T x)
3523     {
3524         glob = x();  // BAD
3525     }
3527     void f()
3528     {
3529         int i = 99;
3530         steal([&] { return &i; });
3531     }
3533     int main()
3534     {
3535         f();
3536         cout << *glob << '\n';
3537     }
3539 Here I managed to read the location abandoned by the call of `f`.
3540 The pointer stored in `glob` could be used much later and cause trouble in unpredictable ways.
3542 ##### Note
3544 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.
3546 ##### Note
3548 Similar examples can be constructed "leaking" a pointer from an inner scope to an outer one;
3549 such examples are handled equivalently to leaks of pointers out of a function.
3551 A slightly different variant of the problem is placing pointers in a container that outlives the objects pointed to.
3553 **See also**: Another way of getting dangling pointers is [pointer invalidation](#???).
3554 It can be detected/prevented with similar techniques.
3556 ##### Enforcement
3558 * Compilers tend to catch return of reference to locals and could in many cases catch return of pointers to locals.
3559 * Static analysis can catch many common patterns of the use of pointers indicating positions (thus eliminating dangling pointers)
3561 ### <a name="Rf-return-ref"></a>F.44: Return a `T&` when copy is undesirable and "returning no object" isn't needed
3563 ##### Reason
3565 The language guarantees that a `T&` refers to an object, so that testing for `nullptr` isn't necessary.
3567 **See also**: The return of a reference must not imply transfer of ownership:
3568 [discussion of dangling pointer prevention](#???) and [discussion of ownership](#???).
3570 ##### Example
3572     class Car
3573     {
3574         array<wheel, 4> w;
3575         // ...
3576     public:
3577         wheel& get_wheel(int i) { Expects(i < w.size()); return w[i]; }
3578         // ...
3579     };
3581     void use()
3582     {
3583         Car c;
3584         wheel& w0 = c.get_wheel(0); // w0 has the same lifetime as c
3585     }
3587 ##### Enforcement
3589 Flag functions where no `return` expression could yield `nullptr`
3591 ### <a name="Rf-return-ref-ref"></a>F.45: Don't return a `T&&`
3593 ##### Reason
3595 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.18](#Rf-consume) and [F.19](#Rf-forward)). However, it's not fine when passing such a reference "upward" to a larger caller scope. See also ???.
3597 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&&`).
3599 ##### Example, bad
3601 If `F` returns by value, this function returns a reference to a temporary.
3603     template<class F>
3604     auto&& wrapper(F f)
3605     {
3606         log_call(typeid(f)); // or whatever instrumentation
3607         return f();
3608     }
3610 ##### Example, good
3612 Better:
3614     template<class F>
3615     auto wrapper(F f)
3616     {
3617         log_call(typeid(f)); // or whatever instrumentation
3618         return f();
3619     }
3621 ##### Exception
3623 `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 `&&`.
3625 ##### Enforcement
3627 Flag any use of `&&` as a return type, except in `std::move` and `std::forward`.
3629 ### <a name="Rf-main"></a>F.46: `int` is the return type for `main()`
3631 ##### Reason
3633 It's a language rule, but violated through "language extensions" so often that it is worth mentioning.
3634 Declaring `main` (the one global `main` of a program) `void` limits portability.
3636 ##### Example
3638         void main() { /* ... */ };  // bad, not C++
3640         int main()
3641         {
3642             std::cout << "This is the way to do it\n";
3643         }
3645 ##### Note
3647 We mention this only because of the persistence of this error in the community.
3649 ##### Enforcement
3651 * The compiler should do it
3652 * If the compiler doesn't do it, let tools flag it
3654 ### <a name="Rf-assignment-op"></a>F.47: Return `T&` from assignment operators
3656 ##### Reason
3658 The convention for operator overloads (especially on value types) is for
3659 `operator=(const T&)` to perform the assignment and then return (non-`const`)
3660 `*this`.  This ensures consistency with standard-library types and follows the
3661 principle of "do as the ints do."
3663 ##### Note
3665 Historically there was some guidance to make the assignment operator return `const T&`.
3666 This was primarily to avoid code of the form `(a = b) = c` -- such code is not common enough to warrant violating consistency with standard types.
3668 ##### Example
3670     class Foo
3671     {
3672      public:
3673         ...
3674         Foo& operator=(const Foo& rhs) {
3675           // Copy members.
3676           ...
3677           return *this;
3678         }
3679     };
3681 ##### Enforcement
3683 This should be enforced by tooling by checking the return type (and return
3684 value) of any assignment operator.
3686 ### <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)
3688 ##### Reason
3690 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.
3692 ##### Example
3694     // writing a function that should only take an int or a string
3695     // -- overloading is natural
3696     void f(int);
3697     void f(const string&);
3699     // writing a function object that needs to capture local state and appear
3700     // at statement or expression scope -- a lambda is natural
3701     vector<work> v = lots_of_work();
3702     for (int tasknum = 0; tasknum < max; ++tasknum) {
3703         pool.run([=, &v]{
3704             /*
3705             ...
3706             ... process 1 / max - th of v, the tasknum - th chunk
3707             ...
3708             */
3709         });
3710     }
3711     pool.join();
3713 ##### Exception
3715 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.
3717 ##### Enforcement
3719 * 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.
3721 ### <a name="Rf-default-args"></a>F.51: Where there is a choice, prefer default arguments over overloading
3723 ##### Reason
3725 Default arguments simply provide alternative interfaces to a single implementation.
3726 There is no guarantee that a set of overloaded functions all implement the same semantics.
3727 The use of default arguments can avoid code replication.
3729 ##### Note
3731 There is a choice between using default argument and overloading when the alternatives are from a set of arguments of the same types.
3732 For example:
3734     void print(const string& s, format f = {});
3736 as opposed to
3738     void print(const string& s);  // use default format
3739     void print(const string& s, format f);
3741 There is not a choice when a set of functions are used to do a semantically equivalent operation to a set of types. For example:
3743     void print(const char&);
3744     void print(int);
3745     void print(zstring);
3747 ##### See also
3750 [Default arguments for virtual functions](#Rh-virtual-default-arg)
3752 ##### Enforcement
3754     ???
3756 ### <a name="Rf-reference-capture"></a>F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms
3758 ##### Reason
3760 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.
3762 ##### Discussion
3764 The efficiency consideration is that most types are cheaper to pass by reference than by value.
3766 The correctness consideration is that many calls want to perform side effects on the original object at the call site (see example below). Passing by value prevents this.
3768 ##### Note
3770 Unfortunately, there is no simple way to capture by reference to `const` to get the efficiency for a local call but also prevent side effects.
3772 ##### Example
3774 Here, a large object (a network message) is passed to an iterative algorithm, and is it not efficient or correct to copy the message (which may not be copyable):
3776     std::for_each(begin(sockets), end(sockets), [&message](auto& socket)
3777     {
3778         socket.send(message);
3779     });
3781 ##### Example
3783 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.
3785     void send_packets(buffers& bufs)
3786     {
3787         stage encryptor([] (buffer& b){ encrypt(b); });
3788         stage compressor([&](buffer& b){ compress(b); encryptor.process(b); });
3789         stage decorator([&](buffer& b){ decorate(b); compressor.process(b); });
3790         for (auto& b : bufs) { decorator.process(b); }
3791     }  // automatically blocks waiting for pipeline to finish
3793 ##### Enforcement
3795 Flag a lambda that captures by reference, but is used other than locally within the function scope or passed to a function by reference. (Note: This rule is an approximation, but does flag passing by pointer as those are more likely to be stored by the callee, writing to a heap location accessed via a parameter, returning the lambda, etc. The Lifetime rules will also provide general rules that flag escaping pointers and references including via lambdas.)
3797 ### <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
3799 ##### Reason
3801 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.
3803 ##### Example, bad
3805     int local = 42;
3807     // Want a reference to local.
3808     // Note, that after program exits this scope,
3809     // local no longer exists, therefore
3810     // process() call will have undefined behavior!
3811     thread_pool.queue_work([&]{ process(local); });
3813 ##### Example, good
3815     int local = 42;
3816     // Want a copy of local.
3817     // Since a copy of local is made, it will
3818     // always be available for the call.
3819     thread_pool.queue_work([=]{ process(local); });
3821 ##### Enforcement
3823 * (Simple) Warn when capture-list contains a reference to a locally declared variable
3824 * (Complex) Flag when capture-list contains a reference to a locally declared variable and the lambda is passed to a non-`const` and non-local context
3826 ### <a name="Rf-this-capture"></a>F.54: If you capture `this`, capture all variables explicitly (no default capture)
3828 ##### Reason
3830 It's confusing. Writing `[=]` in a member function appears to capture by value, but actually captures data members by reference because it actually captures the invisible `this` pointer by value. If you meant to do that, write `this` explicitly.
3832 ##### Example
3834     class My_class {
3835         int x = 0;
3836         // ...
3838         void f() {
3839             int i = 0;
3840             // ...
3842             auto lambda = [=]{ use(i, x); };   // BAD: "looks like" copy/value capture
3843             // [&] has identical semantics and copies the this pointer under the current rules
3844             // [=,this] and [&,this] are not much better, and confusing
3846             x = 42;
3847             lambda(); // calls use(0, 42);
3848             x = 43;
3849             lambda(); // calls use(0, 43);
3851             // ...
3853             auto lambda2 = [i, this]{ use(i, x); }; // ok, most explicit and least confusing
3855             // ...
3856         }
3857     };
3859 ##### Note
3861 This is under active discussion in standardization, and may be addressed in a future version of the standard by adding a new capture mode or possibly adjusting the meaning of `[=]`. For now, just be explicit.
3863 ##### Enforcement
3865 * Flag any lambda capture-list that specifies a default capture and also captures `this` (whether explicitly or via default capture)
3867 ### <a name="F-varargs"></a>F.55: Don't use `va_arg` arguments
3869 ##### Reason
3871 Reading from a `va_arg` assumes that the correct type was actually passed.
3872 Passing to varargs assumes the correct type will be read.
3873 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.
3875 ##### Example
3877     int sum(...) {
3878         // ...
3879         while (/*...*/)
3880             result += va_arg(list, int); // BAD, assumes it will be passed ints
3881         // ...
3882     }
3884     sum(3, 2); // ok
3885     sum(3.14159, 2.71828); // BAD, undefined
3887     template<class ...Args>
3888     auto sum(Args... args) { // GOOD, and much more flexible
3889         return (... + args); // note: C++17 "fold expression"
3890     }
3892     sum(3, 2); // ok: 5
3893     sum(3.14159, 2.71828); // ok: ~5.85987
3895 ##### Alternatives
3897 * overloading
3898 * variadic templates
3899 * `variant` arguments
3900 * `initializer_list` (homogeneous)
3902 ##### Note
3904 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.
3906 ##### Enforcement
3908 * Issue a diagnostic for using `va_list`, `va_start`, or `va_arg`.
3909 * Issue a diagnostic for passing an argument to a vararg parameter of a function that does not offer an overload for a more specific type in the position of the vararg. To fix: Use a different function, or `[[suppress(types)]]`.
3911 # <a name="S-class"></a>C: Classes and class hierarchies
3913 A class is a user-defined type, for which a programmer can define the representation, operations, and interfaces.
3914 Class hierarchies are used to organize related classes into hierarchical structures.
3916 Class rule summary:
3918 * [C.1: Organize related data into structures (`struct`s or `class`es)](#Rc-org)
3919 * [C.2: Use `class` if the class has an invariant; use `struct` if the data members can vary independently](#Rc-struct)
3920 * [C.3: Represent the distinction between an interface and an implementation using a class](#Rc-interface)
3921 * [C.4: Make a function a member only if it needs direct access to the representation of a class](#Rc-member)
3922 * [C.5: Place helper functions in the same namespace as the class they support](#Rc-helper)
3923 * [C.7: Don't define a class or enum and declare a variable of its type in the same statement](#Rc-standalone)
3924 * [C.8: Use `class` rather than `struct` if any member is non-public](#Rc-class)
3925 * [C.9: Minimize exposure of members](#Rc-private)
3927 Subsections:
3929 * [C.concrete: Concrete types](#SS-concrete)
3930 * [C.ctor: Constructors, assignments, and destructors](#S-ctor)
3931 * [C.con: Containers and other resource handles](#SS-containers)
3932 * [C.lambdas: Function objects and lambdas](#SS-lambdas)
3933 * [C.hier: Class hierarchies (OOP)](#SS-hier)
3934 * [C.over: Overloading and overloaded operators](#SS-overload)
3935 * [C.union: Unions](#SS-union)
3937 ### <a name="Rc-org"></a>C.1: Organize related data into structures (`struct`s or `class`es)
3939 ##### Reason
3941 Ease of comprehension.
3942 If data is related (for fundamental reasons), that fact should be reflected in code.
3944 ##### Example
3946     void draw(int x, int y, int x2, int y2);  // BAD: unnecessary implicit relationships
3947     void draw(Point from, Point to);          // better
3949 ##### Note
3951 A simple class without virtual functions implies no space or time overhead.
3953 ##### Note
3955 From a language perspective `class` and `struct` differ only in the default visibility of their members.
3957 ##### Enforcement
3959 Probably impossible. Maybe a heuristic looking for data items used together is possible.
3961 ### <a name="Rc-struct"></a>C.2: Use `class` if the class has an invariant; use `struct` if the data members can vary independently
3963 ##### Reason
3965 Readability.
3966 Ease of comprehension.
3967 The use of `class` alerts the programmer to the need for an invariant.
3968 This is a useful convention.
3970 ##### Note
3972 An invariant is a logical condition for the members of an object that a constructor must establish for the public member functions to assume.
3973 After the invariant is established (typically by a constructor) every member function can be called for the object.
3974 An invariant can be stated informally (e.g., in a comment) or more formally using `Expects`.
3976 If all data members can vary independently of each other, no invariant is possible.
3978 ##### Example
3980     struct Pair {  // the members can vary independently
3981         string name;
3982         int volume;
3983     };
3985 but:
3987     class Date {
3988     public:
3989         // validate that {yy, mm, dd} is a valid date and initialize
3990         Date(int yy, Month mm, char dd);
3991         // ...
3992     private:
3993         int y;
3994         Month m;
3995         char d;    // day
3996     };
3998 ##### Note
4000 If a class has any `private` data, a user cannot completely initialize an object without the use of a constructor.
4001 Hence, the class definer will provide a constructor and must specify its meaning.
4002 This effectively means the definer need to define an invariant.
4004 **See also**:
4006 * [define a class with private data as `class`](#Rc-class)
4007 * [Prefer to place the interface first in a class](#Rl-order)
4008 * [minimize exposure of members](#Rc-private)
4009 * [Avoid `protected` data](#Rh-protected)
4011 ##### Enforcement
4013 Look for `struct`s with all data private and `class`es with public members.
4015 ### <a name="Rc-interface"></a>C.3: Represent the distinction between an interface and an implementation using a class
4017 ##### Reason
4019 An explicit distinction between interface and implementation improves readability and simplifies maintenance.
4021 ##### Example
4023     class Date {
4024         // ... some representation ...
4025     public:
4026         Date();
4027         // validate that {yy, mm, dd} is a valid date and initialize
4028         Date(int yy, Month mm, char dd);
4030         int day() const;
4031         Month month() const;
4032         // ...
4033     };
4035 For example, we can now change the representation of a `Date` without affecting its users (recompilation is likely, though).
4037 ##### Note
4039 Using a class in this way to represent the distinction between interface and implementation is of course not the only way.
4040 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.
4041 The most important issue is to explicitly distinguish between an interface and its implementation "details."
4042 Ideally, and typically, an interface is far more stable than its implementation(s).
4044 ##### Enforcement
4048 ### <a name="Rc-member"></a>C.4: Make a function a member only if it needs direct access to the representation of a class
4050 ##### Reason
4052 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.
4054 ##### Example
4056     class Date {
4057         // ... relatively small interface ...
4058     };
4060     // helper functions:
4061     Date next_weekday(Date);
4062     bool operator==(Date, Date);
4064 The "helper functions" have no need for direct access to the representation of a `Date`.
4066 ##### Note
4068 This rule becomes even better if C++ gets ["uniform function call"](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0251r0.pdf).
4070 ##### Exception
4072 The language requires `virtual` functions to be members, and not all `virtual` functions directly access data.
4073 In particular, members of an abstract class rarely do.
4075 Note [multi-methods](https://parasol.tamu.edu/~yuriys/papers/OMM10.pdf).
4077 ##### Exception
4079 The language requires operators `=`, `()`, `[]`, and `->` to be members.
4081 ##### Exception
4083 An overload set may have some members that do not directly access `private` data:
4085     class Foobar {
4086     public:
4087         void foo(long x)    { /* manipulate private data */ }
4088         void foo(double x) { foo(std::lround(x)); }
4089         // ...
4090     private:
4091         // ...
4092     };
4094 Similarly, a set of functions may be designed to be used in a chain:
4096     x.scale(0.5).rotate(45).set_color(Color::red);
4098 Typically, some but not all of such functions directly access `private` data.
4100 ##### Enforcement
4102 * Look for non-`virtual` member functions that do not touch data members directly.
4103 The snag is that many member functions that do not need to touch data members directly do.
4104 * Ignore `virtual` functions.
4105 * Ignore functions that are part of an overload set out of which at least one function accesses `private` members.
4106 * Ignore functions returning `this`.
4108 ### <a name="Rc-helper"></a>C.5: Place helper functions in the same namespace as the class they support
4110 ##### Reason
4112 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.
4113 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.
4115 ##### Example
4117     namespace Chrono { // here we keep time-related services
4119         class Time { /* ... */ };
4120         class Date { /* ... */ };
4122         // helper functions:
4123         bool operator==(Date, Date);
4124         Date next_weekday(Date);
4125         // ...
4126     }
4128 ##### Note
4130 This is especially important for [overloaded operators](#Ro-namespace).
4132 ##### Enforcement
4134 * Flag global functions taking argument types from a single namespace.
4136 ### <a name="Rc-standalone"></a>C.7: Don't define a class or enum and declare a variable of its type in the same statement
4138 ##### Reason
4140 Mixing a type definition and the definition of another entity in the same declaration is confusing and unnecessary.
4142 ##### Example; bad
4144     struct Data { /*...*/ } data{ /*...*/ };
4146 ##### Example; good
4148     struct Data { /*...*/ };
4149     Data data{ /*...*/ };
4151 ##### Enforcement
4153 * Flag if the `}` of a class or enumeration definition is not followed by a `;`. The `;` is missing.
4155 ### <a name="Rc-class"></a>C.8: Use `class` rather than `struct` if any member is non-public
4157 ##### Reason
4159 Readability.
4160 To make it clear that something is being hidden/abstracted.
4161 This is a useful convention.
4163 ##### Example, bad
4165     struct Date {
4166         int d, m;
4168         Date(int i, Month m);
4169         // ... lots of functions ...
4170     private:
4171         int y;  // year
4172     };
4174 There is nothing wrong with this code as far as the C++ language rules are concerned,
4175 but nearly everything is wrong from a design perspective.
4176 The private data is hidden far from the public data.
4177 The data is split in different parts of the class declaration.
4178 Different parts of the data have different access.
4179 All of this decreases readability and complicates maintenance.
4181 ##### Note
4183 Prefer to place the interface first in a class, [see NL.16](#Rl-order).
4185 ##### Enforcement
4187 Flag classes declared with `struct` if there is a `private` or `protected` member.
4189 ### <a name="Rc-private"></a>C.9: Minimize exposure of members
4191 ##### Reason
4193 Encapsulation.
4194 Information hiding.
4195 Minimize the chance of unintended access.
4196 This simplifies maintenance.
4198 ##### Example
4200     template<typename T, typename U>
4201     struct pair {
4202         T a;
4203         U b;
4204         // ...
4205     };
4207 Whatever we do in the `//`-part, an arbitrary user of a `pair` can arbitrarily and independently change its `a` and `b`.
4208 In a large code base, we cannot easily find which code does what to the members of `pair`.
4209 This may be exactly what we want, but if we want to enforce a relation among members, we need to make them `private`
4210 and enforce that relation (invariant) through constructors and member functions.
4211 For example:
4213     class Distance {
4214     public:
4215         // ...
4216         double meters() const { return magnitude*unit; }
4217         void set_unit(double u)
4218         {
4219                 // ... check that u is a factor of 10 ...
4220                 // ... change magnitude appropriately ...
4221                 unit = u;
4222         }
4223         // ...
4224     private:
4225         double magnitude;
4226         double unit;    // 1 is meters, 1000 is kilometers, 0.001 is millimeters, etc.
4227     };
4229 ##### Note
4231 If the set of direct users of a set of variables cannot be easily determined, the type or usage of that set cannot be (easily) changed/improved.
4232 For `public` and `protected` data, that's usually the case.
4234 ##### Example
4236 A class can provide two interfaces to its users.
4237 One for derived classes (`protected`) and one for general users (`public`).
4238 For example, a derived class might be allowed to skip a run-time check because it has already guaranteed correctness:
4240     class Foo {
4241     public:
4242         int bar(int x) { check(x); return do_bar(x); }
4243         // ...
4244     protected:
4245         int do_bar(int x); // do some operation on the data
4246         // ...
4247     private:
4248         // ... data ...
4249     };
4251     class Dir : public Foo {
4252         //...
4253         int mem(int x, int y)
4254         {
4255             /* ... do something ... */
4256             return do_bar(x + y); // OK: derived class can bypass check
4257         }
4258     };
4260     void user(Foo& x)
4261     {
4262         int r1 = x.bar(1);      // OK, will check
4263         int r2 = x.do_bar(2);   // error: would bypass check
4264         // ...
4265     }
4267 ##### Note
4269 [`protected` data is a bad idea](#Rh-protected).
4271 ##### Note
4273 Prefer the order `public` members before `protected` members before `private` members [see](#Rl-order).
4275 ##### Enforcement
4277 * [Flag protected data](#Rh-protected).
4278 * Flag mixtures of `public` and private `data`
4280 ## <a name="SS-concrete"></a>C.concrete: Concrete types
4282 One ideal for a class is to be a regular type.
4283 That means roughly "behaves like an `int`." A concrete type is the simplest kind of class.
4284 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.
4285 If a concrete type has both `=` and `==`, `a = b` should result in `a == b` being `true`.
4286 Concrete classes without assignment and equality can be defined, but they are (and should be) rare.
4287 The C++ built-in types are regular, and so are standard-library classes, such as `string`, `vector`, and `map`.
4288 Concrete types are also often referred to as value types to distinguish them from types used as part of a hierarchy.
4290 Concrete type rule summary:
4292 * [C.10: Prefer concrete types over class hierarchies](#Rc-concrete)
4293 * [C.11: Make concrete types regular](#Rc-regular)
4295 ### <a name="Rc-concrete"></a>C.10: Prefer concrete types over class hierarchies
4297 ##### Reason
4299 A concrete type is fundamentally simpler than a hierarchy:
4300 easier to design, easier to implement, easier to use, easier to reason about, smaller, and faster.
4301 You need a reason (use cases) for using a hierarchy.
4303 ##### Example
4305     class Point1 {
4306         int x, y;
4307         // ... operations ...
4308         // ... no virtual functions ...
4309     };
4311     class Point2 {
4312         int x, y;
4313         // ... operations, some virtual ...
4314         virtual ~Point2();
4315     };
4317     void use()
4318     {
4319         Point1 p11 {1, 2};   // make an object on the stack
4320         Point1 p12 {p11};    // a copy
4322         auto p21 = make_unique<Point2>(1, 2);   // make an object on the free store
4323         auto p22 = p21.clone();                 // make a copy
4324         // ...
4325     }
4327 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.
4328 That implies more memory overhead, more allocations and deallocations, and more run-time overhead to perform the resulting indirections.
4330 ##### Note
4332 Concrete types can be stack-allocated and be members of other classes.
4334 ##### Note
4336 The use of indirection is fundamental for run-time polymorphic interfaces.
4337 The allocation/deallocation overhead is not (that's just the most common case).
4338 We can use a base class as the interface of a scoped object of a derived class.
4339 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.
4341 ##### Enforcement
4345 ### <a name="Rc-regular"></a>C.11: Make concrete types regular
4347 ##### Reason
4349 Regular types are easier to understand and reason about than types that are not regular (irregularities requires extra effort to understand and use).
4351 ##### Example
4353     struct Bundle {
4354         string name;
4355         vector<Record> vr;
4356     };
4358     bool operator==(const Bundle& a, const Bundle& b)
4359     {
4360         return a.name == b.name && a.vr == b.vr;
4361     }
4363     Bundle b1 { "my bundle", {r1, r2, r3}};
4364     Bundle b2 = b1;
4365     if (!(b1 == b2)) error("impossible!");
4366     b2.name = "the other bundle";
4367     if (b1 == b2) error("No!");
4369 In particular, if a concrete type has an assignment also give it an equals operator so that `a = b` implies `a == b`.
4371 ##### Enforcement
4375 ## <a name="S-ctor"></a>C.ctor: Constructors, assignments, and destructors
4377 These functions control the lifecycle of objects: creation, copy, move, and destruction.
4378 Define constructors to guarantee and simplify initialization of classes.
4380 These are *default operations*:
4382 * a default constructor: `X()`
4383 * a copy constructor: `X(const X&)`
4384 * a copy assignment: `operator=(const X&)`
4385 * a move constructor: `X(X&&)`
4386 * a move assignment: `operator=(X&&)`
4387 * a destructor: `~X()`
4389 By default, the compiler defines each of these operations if it is used, but the default can be suppressed.
4391 The default operations are a set of related operations that together implement the lifecycle semantics of an object.
4392 By default, C++ treats classes as value-like types, but not all types are value-like.
4394 Set of default operations rules:
4396 * [C.20: If you can avoid defining any default operations, do](#Rc-zero)
4397 * [C.21: If you define or `=delete` any default operation, define or `=delete` them all](#Rc-five)
4398 * [C.22: Make default operations consistent](#Rc-matched)
4400 Destructor rules:
4402 * [C.30: Define a destructor if a class needs an explicit action at object destruction](#Rc-dtor)
4403 * [C.31: All resources acquired by a class must be released by the class's destructor](#Rc-dtor-release)
4404 * [C.32: If a class has a raw pointer (`T*`) or reference (`T&`), consider whether it might be owning](#Rc-dtor-ptr)
4405 * [C.33: If a class has an owning pointer member, define or `=delete` a destructor](#Rc-dtor-ptr2)
4406 * [C.35: A base class with a virtual function needs a virtual destructor](#Rc-dtor-virtual)
4407 * [C.36: A destructor may not fail](#Rc-dtor-fail)
4408 * [C.37: Make destructors `noexcept`](#Rc-dtor-noexcept)
4410 Constructor rules:
4412 * [C.40: Define a constructor if a class has an invariant](#Rc-ctor)
4413 * [C.41: A constructor should create a fully initialized object](#Rc-complete)
4414 * [C.42: If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception](#Rc-throw)
4415 * [C.43: Ensure that a copyable (value type) class has a default constructor](#Rc-default0)
4416 * [C.44: Prefer default constructors to be simple and non-throwing](#Rc-default00)
4417 * [C.45: Don't define a default constructor that only initializes data members; use member initializers instead](#Rc-default)
4418 * [C.46: By default, declare single-argument constructors `explicit`](#Rc-explicit)
4419 * [C.47: Define and initialize member variables in the order of member declaration](#Rc-order)
4420 * [C.48: Prefer in-class initializers to member initializers in constructors for constant initializers](#Rc-in-class-initializer)
4421 * [C.49: Prefer initialization to assignment in constructors](#Rc-initialize)
4422 * [C.50: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization](#Rc-factory)
4423 * [C.51: Use delegating constructors to represent common actions for all constructors of a class](#Rc-delegating)
4424 * [C.52: Use inheriting constructors to import constructors into a derived class that does not need further explicit initialization](#Rc-inheriting)
4426 Copy and move rules:
4428 * [C.60: Make copy assignment non-`virtual`, take the parameter by `const&`, and return by non-`const&`](#Rc-copy-assignment)
4429 * [C.61: A copy operation should copy](#Rc-copy-semantic)
4430 * [C.62: Make copy assignment safe for self-assignment](#Rc-copy-self)
4431 * [C.63: Make move assignment non-`virtual`, take the parameter by `&&`, and return by non-`const&`](#Rc-move-assignment)
4432 * [C.64: A move operation should move and leave its source in a valid state](#Rc-move-semantic)
4433 * [C.65: Make move assignment safe for self-assignment](#Rc-move-self)
4434 * [C.66: Make move operations `noexcept`](#Rc-move-noexcept)
4435 * [C.67: A base class should suppress copying, and provide a virtual `clone` instead if "copying" is desired](#Rc-copy-virtual)
4437 Other default operations rules:
4439 * [C.80: Use `=default` if you have to be explicit about using the default semantics](#Rc-eqdefault)
4440 * [C.81: Use `=delete` when you want to disable default behavior (without wanting an alternative)](#Rc-delete)
4441 * [C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors](#Rc-ctor-virtual)
4442 * [C.83: For value-like types, consider providing a `noexcept` swap function](#Rc-swap)
4443 * [C.84: A `swap` may not fail](#Rc-swap-fail)
4444 * [C.85: Make `swap` `noexcept`](#Rc-swap-noexcept)
4445 * [C.86: Make `==` symmetric with respect of operand types and `noexcept`](#Rc-eq)
4446 * [C.87: Beware of `==` on base classes](#Rc-eq-base)
4447 * [C.89: Make a `hash` `noexcept`](#Rc-hash)
4449 ## <a name="SS-defop"></a>C.defop: Default Operations
4451 By default, the language supplies the default operations with their default semantics.
4452 However, a programmer can disable or replace these defaults.
4454 ### <a name="Rc-zero"></a>C.20: If you can avoid defining default operations, do
4456 ##### Reason
4458 It's the simplest and gives the cleanest semantics.
4460 ##### Example
4462     struct Named_map {
4463     public:
4464         // ... no default operations declared ...
4465     private:
4466         string name;
4467         map<int, int> rep;
4468     };
4470     Named_map nm;        // default construct
4471     Named_map nm2 {nm};  // copy construct
4473 Since `std::map` and `string` have all the special functions, no further work is needed.
4475 ##### Note
4477 This is known as "the rule of zero".
4479 ##### Enforcement
4481 (Not enforceable) While not enforceable, a good static analyzer can detect patterns that indicate a possible improvement to meet this rule.
4482 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`.
4484 ### <a name="Rc-five"></a>C.21: If you define or `=delete` any default operation, define or `=delete` them all
4486 ##### Reason
4488 The *special member functions* are the default constructor, copy constructor,
4489 copy assignment operator, move constructor, move assignment operator, and
4490 destructor.
4492 The semantics of the special functions are closely related, so if one needs to be declared, the odds are that others need consideration too.
4494 Declaring any special member function except a default constructor,
4495 even as `=default` or `=delete`, will suppress the implicit declaration
4496 of a move constructor and move assignment operator.
4497 Declaring a move constructor or move assignment operator, even as
4498 `=default` or `=delete`, will cause an implicitly generated copy constructor
4499 or implicitly generated copy assignment operator to be defined as deleted.
4500 So as soon as any of the special functions is declared, the others should
4501 all be declared to avoid unwanted effects like turning all potential moves
4502 into more expensive copies, or making a class move-only.
4504 ##### Example, bad
4506     struct M2 {   // bad: incomplete set of default operations
4507     public:
4508         // ...
4509         // ... no copy or move operations ...
4510         ~M2() { delete[] rep; }
4511     private:
4512         pair<int, int>* rep;  // zero-terminated set of pairs
4513     };
4515     void use()
4516     {
4517         M2 x;
4518         M2 y;
4519         // ...
4520         x = y;   // the default assignment
4521         // ...
4522     }
4524 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).
4526 ##### Note
4528 This is known as "the rule of five" or "the rule of six", depending on whether you count the default constructor.
4530 ##### Note
4532 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.
4533 If you don't want a default operation, suppress it with `=delete`.
4535 ##### Example, good
4537 When a destructor needs to be declared just to make it `virtual`, it can be
4538 defined as defaulted. To avoid suppressing the implicit move operations
4539 they must also be declared, and then to avoid the class becoming move-only
4540 (and not copyable) the copy operations must be declared:
4542     class AbstractBase {
4543     public:
4544       virtual ~AbstractBase() = default;
4545       AbstractBase(const AbstractBase&) = default;
4546       AbstractBase& operator=(const AbstractBase&) = default;
4547       AbstractBase(AbstractBase&&) = default;
4548       AbstractBase& operator=(AbstractBase&&) = default;
4549     };
4551 Alternatively to prevent slicing as per [C.67](#Rc-copy-virtual),
4552 the copy and move operations can all be deleted:
4554     class ClonableBase {
4555     public:
4556       virtual unique_ptr<ClonableBase> clone() const;
4557       virtual ~ClonableBase() = default;
4558       ClonableBase(const ClonableBase&) = delete;
4559       ClonableBase& operator=(const ClonableBase&) = delete;
4560       ClonableBase(ClonableBase&&) = delete;
4561       ClonableBase& operator=(ClonableBase&&) = delete;
4562     };
4564 Defining only the move operations or only the copy operations would have the
4565 same effect here, but stating the intent explicitly for each special member
4566 makes it more obvious to the reader.
4568 ##### Note
4570 Compilers enforce much of this rule and ideally warn about any violation.
4572 ##### Note
4574 Relying on an implicitly generated copy operation in a class with a destructor is deprecated.
4576 ##### Enforcement
4578 (Simple) A class should have a declaration (even a `=delete` one) for either all or none of the special functions.
4580 ### <a name="Rc-matched"></a>C.22: Make default operations consistent
4582 ##### Reason
4584 The default operations are conceptually a matched set. Their semantics are interrelated.
4585 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.
4587 ##### Example, bad
4589     class Silly {   // BAD: Inconsistent copy operations
4590         class Impl {
4591             // ...
4592         };
4593         shared_ptr<Impl> p;
4594     public:
4595         Silly(const Silly& a) : p{a.p} { *p = *a.p; }   // deep copy
4596         Silly& operator=(const Silly& a) { p = a.p; }   // shallow copy
4597         // ...
4598     };
4600 These operations disagree about copy semantics. This will lead to confusion and bugs.
4602 ##### Enforcement
4604 * (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.
4605 * (Complex) Any member variables written in a copy/move constructor should also be initialized by all other constructors.
4606 * (Complex) If a copy/move constructor performs a deep copy of a member variable, then the destructor should modify the member variable.
4607 * (Complex) If a destructor is modifying a member variable, that member variable should be written in any copy/move constructors or assignment operators.
4609 ## <a name="SS-dtor"></a>C.dtor: Destructors
4611 "Does this class need a destructor?" is a surprisingly powerful design question.
4612 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);
4613 that is, its members can take care of themselves as concerns destruction.
4614 If the answer is "yes", much of the design of the class follows (see [the rule of five](#Rc-five)).
4616 ### <a name="Rc-dtor"></a>C.30: Define a destructor if a class needs an explicit action at object destruction
4618 ##### Reason
4620 A destructor is implicitly invoked at the end of an object's lifetime.
4621 If the default destructor is sufficient, use it.
4622 Only define a non-default destructor if a class needs to execute code that is not already part of its members' destructors.
4624 ##### Example
4626     template<typename A>
4627     struct final_action {   // slightly simplified
4628         A act;
4629         final_action(A a) :act{a} {}
4630         ~final_action() { act(); }
4631     };
4633     template<typename A>
4634     final_action<A> finally(A act)   // deduce action type
4635     {
4636         return final_action<A>{act};
4637     }
4639     void test()
4640     {
4641         auto act = finally([]{ cout << "Exit test\n"; });  // establish exit action
4642         // ...
4643         if (something) return;   // act done here
4644         // ...
4645     } // act done here
4647 The whole purpose of `final_action` is to get a piece of code (usually a lambda) executed upon destruction.
4649 ##### Note
4651 There are two general categories of classes that need a user-defined destructor:
4653 * A class with a resource that is not already represented as a class with a destructor, e.g., a `vector` or a transaction class.
4654 * A class that exists primarily to execute an action upon destruction, such as a tracer or `final_action`.
4656 ##### Example, bad
4658     class Foo {   // bad; use the default destructor
4659     public:
4660         // ...
4661         ~Foo() { s = ""; i = 0; vi.clear(); }  // clean up
4662     private:
4663         string s;
4664         int i;
4665         vector<int> vi;
4666     };
4668 The default destructor does it better, more efficiently, and can't get it wrong.
4670 ##### Note
4672 If the default destructor is needed, but its generation has been suppressed (e.g., by defining a move constructor), use `=default`.
4674 ##### Enforcement
4676 Look for likely "implicit resources", such as pointers and references. Look for classes with destructors even though all their data members have destructors.
4678 ### <a name="Rc-dtor-release"></a>C.31: All resources acquired by a class must be released by the class's destructor
4680 ##### Reason
4682 Prevention of resource leaks, especially in error cases.
4684 ##### Note
4686 For resources represented as classes with a complete set of default operations, this happens automatically.
4688 ##### Example
4690     class X {
4691         ifstream f;   // may own a file
4692         // ... no default operations defined or =deleted ...
4693     };
4695 `X`'s `ifstream` implicitly closes any file it may have open upon destruction of its `X`.
4697 ##### Example, bad
4699     class X2 {     // bad
4700         FILE* f;   // may own a file
4701         // ... no default operations defined or =deleted ...
4702     };
4704 `X2` may leak a file handle.
4706 ##### Note
4708 What about a sockets that won't close? A destructor, close, or cleanup operation [should never fail](#Rc-dtor-fail).
4709 If it does nevertheless, we have a problem that has no really good solution.
4710 For starters, the writer of a destructor does not know why the destructor is called and cannot "refuse to act" by throwing an exception.
4711 See [discussion](#Sd-never-fail).
4712 To make the problem worse, many "close/release" operations are not retryable.
4713 Many have tried to solve this problem, but no general solution is known.
4714 If at all possible, consider failure to close/cleanup a fundamental design error and terminate.
4716 ##### Note
4718 A class can hold pointers and references to objects that it does not own.
4719 Obviously, such objects should not be `delete`d by the class's destructor.
4720 For example:
4722     Preprocessor pp { /* ... */ };
4723     Parser p { pp, /* ... */ };
4724     Type_checker tc { p, /* ... */ };
4726 Here `p` refers to `pp` but does not own it.
4728 ##### Enforcement
4730 * (Simple) If a class has pointer or reference member variables that are owners
4731   (e.g., deemed owners by using `gsl::owner`), then they should be referenced in its destructor.
4732 * (Hard) Determine if pointer or reference member variables are owners when there is no explicit statement of ownership
4733   (e.g., look into the constructors).
4735 ### <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
4737 ##### Reason
4739 There is a lot of code that is non-specific about ownership.
4741 ##### Example
4743     ???
4745 ##### Note
4747 If the `T*` or `T&` is owning, mark it `owning`. If the `T*` is not owning, consider marking it `ptr`.
4748 This will aid documentation and analysis.
4750 ##### Enforcement
4752 Look at the initialization of raw member pointers and member references and see if an allocation is used.
4754 ### <a name="Rc-dtor-ptr2"></a>C.33: If a class has an owning pointer member, define a destructor
4756 ##### Reason
4758 An owned object must be `deleted` upon destruction of the object that owns it.
4760 ##### Example
4762 A pointer member may represent a resource.
4763 [A `T*` should not do so](#Rr-ptr), but in older code, that's common.
4764 Consider a `T*` a possible owner and therefore suspect.
4766     template<typename T>
4767     class Smart_ptr {
4768         T* p;   // BAD: vague about ownership of *p
4769         // ...
4770     public:
4771         // ... no user-defined default operations ...
4772     };
4774     void use(Smart_ptr<int> p1)
4775     {
4776         // error: p2.p leaked (if not nullptr and not owned by some other code)
4777         auto p2 = p1;
4778     }
4780 Note that if you define a destructor, you must define or delete [all default operations](#Rc-five):
4782     template<typename T>
4783     class Smart_ptr2 {
4784         T* p;   // BAD: vague about ownership of *p
4785         // ...
4786     public:
4787         // ... no user-defined copy operations ...
4788         ~Smart_ptr2() { delete p; }  // p is an owner!
4789     };
4791     void use(Smart_ptr2<int> p1)
4792     {
4793         auto p2 = p1;   // error: double deletion
4794     }
4796 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:
4798     template<typename T>
4799     class Smart_ptr3 {
4800         owner<T*> p;   // OK: explicit about ownership of *p
4801         // ...
4802     public:
4803         // ...
4804         // ... copy and move operations ...
4805         ~Smart_ptr3() { delete p; }
4806     };
4808     void use(Smart_ptr3<int> p1)
4809     {
4810         auto p2 = p1;   // error: double deletion
4811     }
4813 ##### Note
4815 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.
4817 ##### Note
4819 Why not just require all owning pointers to be "smart pointers"?
4820 That would sometimes require non-trivial code changes and may affect ABIs.
4822 ##### Enforcement
4824 * A class with a pointer data member is suspect.
4825 * A class with an `owner<T>` should define its default operations.
4828 ### <a name="Rc-dtor-virtual"></a>C.35: A base class destructor should be either public and virtual, or protected and nonvirtual
4830 ##### Reason
4832 To prevent undefined behavior.
4833 If the destructor is public, then calling code can attempt to destroy a derived class object through a base class pointer, and the result is undefined if the base class's destructor is non-virtual.
4834 If the destructor is protected, then calling code cannot destroy through a base class pointer and the destructor does not need to be virtual; it does need to be protected, not private, so that derived destructors can invoke it.
4835 In general, the writer of a base class does not know the appropriate action to be done upon destruction.
4837 ##### Discussion
4839 See [this in the Discussion section](#Sd-dtor).
4841 ##### Example, bad
4843     struct Base {  // BAD: no virtual destructor
4844         virtual void f();
4845     };
4847     struct D : Base {
4848         string s {"a resource needing cleanup"};
4849         ~D() { /* ... do some cleanup ... */ }
4850         // ...
4851     };
4853     void use()
4854     {
4855         unique_ptr<Base> p = make_unique<D>();
4856         // ...
4857     } // p's destruction calls ~Base(), not ~D(), which leaks D::s and possibly more
4859 ##### Note
4861 A virtual function defines an interface to derived classes that can be used without looking at the derived classes.
4862 If the interface allows destroying, it should be safe to do so.
4864 ##### Note
4866 A destructor must be nonprivate or it will prevent using the type :
4868     class X {
4869         ~X();   // private destructor
4870         // ...
4871     };
4873     void use()
4874     {
4875         X a;                        // error: cannot destroy
4876         auto p = make_unique<X>();  // error: cannot destroy
4877     }
4879 ##### Exception
4881 We can imagine one case where you could want a protected virtual destructor: When an object of a derived type (and only of such a type) should be allowed to destroy *another* object (not itself) through a pointer to base. We haven't seen such a case in practice, though.
4883 ##### Enforcement
4885 * A class with any virtual functions should have a destructor that is either public and virtual or else protected and nonvirtual.
4887 ### <a name="Rc-dtor-fail"></a>C.36: A destructor may not fail
4889 ##### Reason
4891 In general we do not know how to write error-free code if a destructor should fail.
4892 The standard library requires that all classes it deals with have destructors that do not exit by throwing.
4894 ##### Example
4896     class X {
4897     public:
4898         ~X() noexcept;
4899         // ...
4900     };
4902     X::~X() noexcept
4903     {
4904         // ...
4905         if (cannot_release_a_resource) terminate();
4906         // ...
4907     }
4909 ##### Note
4911 Many have tried to devise a fool-proof scheme for dealing with failure in destructors.
4912 None have succeeded to come up with a general scheme.
4913 This can be a real practical problem: For example, what about a socket that won't close?
4914 The writer of a destructor does not know why the destructor is called and cannot "refuse to act" by throwing an exception.
4915 See [discussion](#Sd-dtor).
4916 To make the problem worse, many "close/release" operations are not retryable.
4917 If at all possible, consider failure to close/cleanup a fundamental design error and terminate.
4919 ##### Note
4921 Declare a destructor `noexcept`. That will ensure that it either completes normally or terminate the program.
4923 ##### Note
4925 If a resource cannot be released and the program may not fail, try to signal the failure to the rest of the system somehow
4926 (maybe even by modifying some global state and hope something will notice and be able to take care of the problem).
4927 Be fully aware that this technique is special-purpose and error-prone.
4928 Consider the "my connection will not close" example.
4929 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.
4930 The destructor could send a message (somehow) to the responsible part of the system, consider that to have closed the connection, and return normally.
4932 ##### Note
4934 If a destructor uses operations that may fail, it can catch exceptions and in some cases still complete successfully
4935 (e.g., by using a different clean-up mechanism from the one that threw an exception).
4937 ##### Enforcement
4939 (Simple) A destructor should be declared `noexcept` if it could throw.
4941 ### <a name="Rc-dtor-noexcept"></a>C.37: Make destructors `noexcept`
4943 ##### Reason
4945  [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.
4947 ##### Note
4949 A destructor (either user-defined or compiler-generated) is implicitly declared `noexcept` (independently of what code is in its body) if all of the members of its class have `noexcept` destructors. By explicitly marking destructors `noexcept`, an author guards against the destructor becoming implicitly `noexcept(false)` through the addition or modification of a class member.
4951 ##### Enforcement
4953 (Simple) A destructor should be declared `noexcept` if it could throw.
4955 ## <a name="SS-ctor"></a>C.ctor: Constructors
4957 A constructor defines how an object is initialized (constructed).
4959 ### <a name="Rc-ctor"></a>C.40: Define a constructor if a class has an invariant
4961 ##### Reason
4963 That's what constructors are for.
4965 ##### Example
4967     class Date {  // a Date represents a valid date
4968                   // in the January 1, 1900 to December 31, 2100 range
4969         Date(int dd, int mm, int yy)
4970             :d{dd}, m{mm}, y{yy}
4971         {
4972             if (!is_valid(d, m, y)) throw Bad_date{};  // enforce invariant
4973         }
4974         // ...
4975     private:
4976         int d, m, y;
4977     };
4979 It is often a good idea to express the invariant as an `Ensures` on the constructor.
4981 ##### Note
4983 A constructor can be used for convenience even if a class does not have an invariant. For example:
4985     struct Rec {
4986         string s;
4987         int i {0};
4988         Rec(const string& ss) : s{ss} {}
4989         Rec(int ii) :i{ii} {}
4990     };
4992     Rec r1 {7};
4993     Rec r2 {"Foo bar"};
4995 ##### Note
4997 The C++11 initializer list rule eliminates the need for many constructors. For example:
4999     struct Rec2{
5000         string s;
5001         int i;
5002         Rec2(const string& ss, int ii = 0) :s{ss}, i{ii} {}   // redundant
5003     };
5005     Rec2 r1 {"Foo", 7};
5006     Rec2 r2 {"Bar"};
5008 The `Rec2` constructor is redundant.
5009 Also, the default for `int` would be better done as a [member initializer](#Rc-in-class-initializer).
5011 **See also**: [construct valid object](#Rc-complete) and [constructor throws](#Rc-throw).
5013 ##### Enforcement
5015 * Flag classes with user-defined copy operations but no constructor (a user-defined copy is a good indicator that the class has an invariant)
5017 ### <a name="Rc-complete"></a>C.41: A constructor should create a fully initialized object
5019 ##### Reason
5021 A constructor establishes the invariant for a class. A user of a class should be able to assume that a constructed object is usable.
5023 ##### Example, bad
5025     class X1 {
5026         FILE* f;   // call init() before any other function
5027         // ...
5028     public:
5029         X1() {}
5030         void init();   // initialize f
5031         void read();   // read from f
5032         // ...
5033     };
5035     void f()
5036     {
5037         X1 file;
5038         file.read();   // crash or bad read!
5039         // ...
5040         file.init();   // too late
5041         // ...
5042     }
5044 Compilers do not read comments.
5046 ##### Exception
5048 If a valid object cannot conveniently be constructed by a constructor, [use a factory function](#Rc-factory).
5050 ##### Enforcement
5052 * (Simple) Every constructor should initialize every member variable (either explicitly, via a delegating ctor call or via default construction).
5053 * (Unknown) If a constructor has an `Ensures` contract, try to see if it holds as a postcondition.
5055 ##### Note
5057 If a constructor acquires a resource (to create a valid object), that resource should be [released by the destructor](#Rc-dtor-release).
5058 The idiom of having constructors acquire resources and destructors release them is called [RAII](#Rr-raii) ("Resource Acquisition Is Initialization").
5060 ### <a name="Rc-throw"></a>C.42: If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception
5062 ##### Reason
5064 Leaving behind an invalid object is asking for trouble.
5066 ##### Example
5068     class X2 {
5069         FILE* f;
5070         // ...
5071     public:
5072         X2(const string& name)
5073             :f{fopen(name.c_str(), "r")}
5074         {
5075             if (!f) throw runtime_error{"could not open" + name};
5076             // ...
5077         }
5079         void read();      // read from f
5080         // ...
5081     };
5083     void f()
5084     {
5085         X2 file {"Zeno"}; // throws if file isn't open
5086         file.read();      // fine
5087         // ...
5088     }
5090 ##### Example, bad
5092     class X3 {     // bad: the constructor leaves a non-valid object behind
5093         FILE* f;   // call is_valid() before any other function
5094         bool valid;
5095         // ...
5096     public:
5097         X3(const string& name)
5098             :f{fopen(name.c_str(), "r")}, valid{false}
5099         {
5100             if (f) valid = true;
5101             // ...
5102         }
5104         bool is_valid() { return valid; }
5105         void read();   // read from f
5106         // ...
5107     };
5109     void f()
5110     {
5111         X3 file {"Heraclides"};
5112         file.read();   // crash or bad read!
5113         // ...
5114         if (file.is_valid()) {
5115             file.read();
5116             // ...
5117         }
5118         else {
5119             // ... handle error ...
5120         }
5121         // ...
5122     }
5124 ##### Note
5126 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.
5127 Leaving behind an invalid object and relying on users to consistently check an `is_valid()` function before use is tedious, error-prone, and inefficient.
5129 ##### Exception
5131 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.
5132 There the `is_valid()` technique must be used. In such cases, check `is_valid()` consistently and immediately to simulate [RAII](#Rr-raii).
5134 ##### Alternative
5136 If you feel tempted to use some "post-constructor initialization" or "two-stage initialization" idiom, try not to do that.
5137 If you really have to, look at [factory functions](#Rc-factory).
5139 ##### Note
5141 One reason people have used `init()` functions rather than doing the initialization work in a constructor has been to avoid code replication.
5142 [Delegating constructors](#Rc-delegating) and [default member initialization](#Rc-in-class-initializer) do that better.
5143 Another reason has been to delay initialization until an object is needed; the solution to that is often [not to declare a variable until it can be properly initialized](#Res-init)
5145 ##### Enforcement
5149 ### <a name="Rc-default0"></a>C.43: Ensure that a copyable (value type) class has a default constructor
5151 ##### Reason
5153 Many language and library facilities rely on default constructors to initialize their elements, e.g. `T a[10]` and `std::vector<T> v(10)`.
5154 A default constructor often simplifies the task of defining a suitable [moved-from state](#???) for a type that is also copyable.
5156 ##### Note
5158 A [value type](#SS-concrete) is a class that is copyable (and usually also comparable).
5159 It is closely related to the notion of Regular type from [EoP](http://elementsofprogramming.com/) and [the Palo Alto TR](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2012/n3351.pdf).
5161 ##### Example
5163     class Date { // BAD: no default constructor
5164     public:
5165         Date(int dd, int mm, int yyyy);
5166         // ...
5167     };
5169     vector<Date> vd1(1000);   // default Date needed here
5170     vector<Date> vd2(1000, Date{Month::October, 7, 1885});   // alternative
5172 The default constructor is only auto-generated if there is no user-declared constructor, hence it's impossible to initialize the vector `vd1` in the example above.
5173 The absence of a default value can cause surprises for users and complicate its use, so if one can be reasonably defined, it should be.
5175 `Date` is chosen to encourage thought:
5176 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.
5177 `{0, 0, 0}` is not a valid date in most calendar systems, so choosing that would be introducing something like floating-point's `NaN`.
5178 However, most realistic `Date` classes have a "first date" (e.g. January 1, 1970 is popular), so making that the default is usually trivial.
5180     class Date {
5181     public:
5182         Date(int dd, int mm, int yyyy);
5183         Date() = default; // [See also](#Rc-default)
5184         // ...
5185     private:
5186         int dd = 1;
5187         int mm = 1;
5188         int yyyy = 1970;
5189         // ...
5190     };
5192     vector<Date> vd1(1000);
5194 ##### Note
5196 A class with members that all have default constructors implicitly gets a default constructor:
5198     struct X {
5199         string s;
5200         vector<int> v;
5201     };
5203     X x; // means X{{}, {}}; that is the empty string and the empty vector
5205 Beware that built-in types are not properly default constructed:
5207     struct X {
5208         string s;
5209         int i;
5210     };
5212     void f()
5213     {
5214         X x;    // x.s is initialized to the empty string; x.i is uninitialized
5216         cout << x.s << ' ' << x.i << '\n';
5217         ++x.i;
5218     }
5220 Statically allocated objects of built-in types are by default initialized to `0`, but local built-in variables are not.
5221 Beware that your compiler may default initialize local built-in variables, whereas an optimized build will not.
5222 Thus, code like the example above may appear to work, but it relies on undefined behavior.
5223 Assuming that you want initialization, an explicit default initialization can help:
5225     struct X {
5226         string s;
5227         int i {};   // default initialize (to 0)
5228     };
5230 ##### Notes
5232 Classes that don't have a reasonable default construction are usually not copyable either, so they don't fall under this guideline.
5234 For example, a base class is not a value type (base classes should not be copyable) and so does not necessarily need a default constructor:
5236     // Shape is an abstract base class, not a copyable value type.
5237     // It may or may not need a default constructor.
5238     struct Shape {
5239         virtual void draw() = 0;
5240         virtual void rotate(int) = 0;
5241         // =delete copy/move functions
5242         // ...
5243     };
5245 A class that must acquire a caller-provided resource during construction often cannot have a default constructor, but it does not fall under this guideline because such a class is usually not copyable anyway:
5247     // std::lock_guard is not a copyable value type.
5248     // It does not have a default constructor.
5249     lock_guard g {mx};  // guard the mutex mx
5250     lock_guard g2;      // error: guarding nothing
5252 A class that has a "special state" that must be handled separately from other states by member functions or users causes extra work
5253 (and most likely more errors). Such a type can naturally use the special state as a default constructed value, whether or not it is copyable:
5255     // std::ofstream is not a copyable value type.
5256     // It does happen to have a default constructor
5257     // that goes along with a special "not open" state.
5258     ofstream out {"Foobar"};
5259     // ...
5260     out << log(time, transaction);
5262 Similar special-state types that are copyable, such as copyable smart pointers that have the special state "==nullptr", should use the special state as their default constructed value.
5264 However, it is preferable to have a default constructor default to a meaningful state such as `std::string`s `""` and `std::vector`s `{}`.
5266 ##### Enforcement
5268 * Flag classes that are copyable by `=` without a default constructor
5269 * Flag classes that are comparable with `==` but not copyable
5272 ### <a name="Rc-default00"></a>C.44: Prefer default constructors to be simple and non-throwing
5274 ##### Reason
5276 Being able to set a value to "the default" without operations that might fail simplifies error handling and reasoning about move operations.
5278 ##### Example, problematic
5280     template<typename T>
5281     // elem points to space-elem element allocated using new
5282     class Vector0 {
5283     public:
5284         Vector0() :Vector0{0} {}
5285         Vector0(int n) :elem{new T[n]}, space{elem + n}, last{elem} {}
5286         // ...
5287     private:
5288         own<T*> elem;
5289         T* space;
5290         T* last;
5291     };
5293 This is nice and general, but setting a `Vector0` to empty after an error involves an allocation, which may fail.
5294 Also, having a default `Vector` represented as `{new T[0], 0, 0}` seems wasteful.
5295 For example, `Vector0<int> v[100]` costs 100 allocations.
5297 ##### Example
5299     template<typename T>
5300     // elem is nullptr or elem points to space-elem element allocated using new
5301     class Vector1 {
5302     public:
5303         // sets the representation to {nullptr, nullptr, nullptr}; doesn't throw
5304         Vector1() noexcept {}
5305         Vector1(int n) :elem{new T[n]}, space{elem + n}, last{elem} {}
5306         // ...
5307     private:
5308         own<T*> elem = nullptr;
5309         T* space = nullptr;
5310         T* last = nullptr;
5311     };
5313 Using `{nullptr, nullptr, nullptr}` makes `Vector1{}` cheap, but a special case and implies run-time checks.
5314 Setting a `Vector1` to empty after detecting an error is trivial.
5316 ##### Enforcement
5318 * Flag throwing default constructors
5320 ### <a name="Rc-default"></a>C.45: Don't define a default constructor that only initializes data members; use in-class member initializers instead
5322 ##### Reason
5324 Using in-class member initializers lets the compiler generate the function for you. The compiler-generated function can be more efficient.
5326 ##### Example, bad
5328     class X1 { // BAD: doesn't use member initializers
5329         string s;
5330         int i;
5331     public:
5332         X1() :s{"default"}, i{1} { }
5333         // ...
5334     };
5336 ##### Example
5338     class X2 {
5339         string s = "default";
5340         int i = 1;
5341     public:
5342         // use compiler-generated default constructor
5343         // ...
5344     };
5346 ##### Enforcement
5348 (Simple) A default constructor should do more than just initialize member variables with constants.
5350 ### <a name="Rc-explicit"></a>C.46: By default, declare single-argument constructors explicit
5352 ##### Reason
5354 To avoid unintended conversions.
5356 ##### Example, bad
5358     class String {
5359         // ...
5360     public:
5361         String(int);   // BAD
5362         // ...
5363     };
5365     String s = 10;   // surprise: string of size 10
5367 ##### Exception
5369 If you really want an implicit conversion from the constructor argument type to the class type, don't use `explicit`:
5371     class Complex {
5372         // ...
5373     public:
5374         Complex(double d);   // OK: we want a conversion from d to {d, 0}
5375         // ...
5376     };
5378     Complex z = 10.7;   // unsurprising conversion
5380 **See also**: [Discussion of implicit conversions](#Ro-conversion)
5382 ##### Note
5384 Copy and move constructors should not be made `explicit` because they do not perform conversions. Explicit copy/move constructors make passing and returning by value difficult.
5386 ##### Enforcement
5388 (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".
5390 ### <a name="Rc-order"></a>C.47: Define and initialize member variables in the order of member declaration
5392 ##### Reason
5394 To minimize confusion and errors. That is the order in which the initialization happens (independent of the order of member initializers).
5396 ##### Example, bad
5398     class Foo {
5399         int m1;
5400         int m2;
5401     public:
5402         Foo(int x) :m2{x}, m1{++x} { }   // BAD: misleading initializer order
5403         // ...
5404     };
5406     Foo x(1); // surprise: x.m1 == x.m2 == 2
5408 ##### Enforcement
5410 (Simple) A member initializer list should mention the members in the same order they are declared.
5412 **See also**: [Discussion](#Sd-order)
5414 ### <a name="Rc-in-class-initializer"></a>C.48: Prefer in-class initializers to member initializers in constructors for constant initializers
5416 ##### Reason
5418 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.
5420 ##### Example, bad
5422     class X {   // BAD
5423         int i;
5424         string s;
5425         int j;
5426     public:
5427         X() :i{666}, s{"qqq"} { }   // j is uninitialized
5428         X(int ii) :i{ii} {}         // s is "" and j is uninitialized
5429         // ...
5430     };
5432 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.
5434 ##### Example
5436     class X2 {
5437         int i {666};
5438         string s {"qqq"};
5439         int j {0};
5440     public:
5441         X2() = default;        // all members are initialized to their defaults
5442         X2(int ii) :i{ii} {}   // s and j initialized to their defaults
5443         // ...
5444     };
5446 **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:
5448     class X3 {   // BAD: inexplicit, argument passing overhead
5449         int i;
5450         string s;
5451         int j;
5452     public:
5453         X3(int ii = 666, const string& ss = "qqq", int jj = 0)
5454             :i{ii}, s{ss}, j{jj} { }   // all members are initialized to their defaults
5455         // ...
5456     };
5458 ##### Enforcement
5460 * (Simple) Every constructor should initialize every member variable (either explicitly, via a delegating ctor call or via default construction).
5461 * (Simple) Default arguments to constructors suggest an in-class initializer may be more appropriate.
5463 ### <a name="Rc-initialize"></a>C.49: Prefer initialization to assignment in constructors
5465 ##### Reason
5467 An initialization explicitly states that initialization, rather than assignment, is done and can be more elegant and efficient. Prevents "use before set" errors.
5469 ##### Example, good
5471     class A {   // Good
5472         string s1;
5473     public:
5474         A() : s1{"Hello, "} { }    // GOOD: directly construct
5475         // ...
5476     };
5478 ##### Example, bad
5480     class B {   // BAD
5481         string s1;
5482     public:
5483         B() { s1 = "Hello, "; }   // BAD: default constructor followed by assignment
5484         // ...
5485     };
5487     class C {   // UGLY, aka very bad
5488         int* p;
5489     public:
5490         C() { cout << *p; p = new int{10}; }   // accidental use before initialized
5491         // ...
5492     };
5494 ### <a name="Rc-factory"></a>C.50: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization
5496 ##### Reason
5498 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.
5500 ##### Note
5502 The return type of the factory should normally be `unique_ptr` by default; if some uses are shared, the caller can `move` the `unique_ptr` into a `shared_ptr`. However, if the factory author knows that all uses of the returned object will be shared uses, return `shared_ptr` and use `make_shared` in the body to save an allocation.
5504 ##### Example, bad
5506     class B {
5507     public:
5508         B()
5509         {
5510             // ...
5511             f();   // BAD: virtual call in constructor
5512             // ...
5513         }
5515         virtual void f() = 0;
5517         // ...
5518     };
5520 ##### Example
5522     class B {
5523     protected:
5524         B() { /* ... */ }              // create an imperfectly initialized object
5526         virtual void PostInitialize()  // to be called right after construction
5527         {
5528             // ...
5529             f();    // GOOD: virtual dispatch is safe
5530             // ...
5531         }
5533     public:
5534         virtual void f() = 0;
5536         template<class T>
5537         static shared_ptr<T> Create()  // interface for creating shared objects
5538         {
5539             auto p = make_shared<T>();
5540             p->PostInitialize();
5541             return p;
5542         }
5543     };
5545     class D : public B { /* ... */ };  // some derived class
5547     shared_ptr<D> p = D::Create<D>();  // creating a D object
5549 By making the constructor `protected` we avoid an incompletely constructed object escaping into the wild.
5550 By providing the factory function `Create()`, we make construction (on the free store) convenient.
5552 ##### Note
5554 Conventional factory functions allocate on the free store, rather than on the stack or in an enclosing object.
5556 **See also**: [Discussion](#Sd-factory)
5558 ### <a name="Rc-delegating"></a>C.51: Use delegating constructors to represent common actions for all constructors of a class
5560 ##### Reason
5562 To avoid repetition and accidental differences.
5564 ##### Example, bad
5566     class Date {   // BAD: repetitive
5567         int d;
5568         Month m;
5569         int y;
5570     public:
5571         Date(int ii, Month mm, year yy)
5572             :i{ii}, m{mm}, y{yy}
5573             { if (!valid(i, m, y)) throw Bad_date{}; }
5575         Date(int ii, Month mm)
5576             :i{ii}, m{mm} y{current_year()}
5577             { if (!valid(i, m, y)) throw Bad_date{}; }
5578         // ...
5579     };
5581 The common action gets tedious to write and may accidentally not be common.
5583 ##### Example
5585     class Date2 {
5586         int d;
5587         Month m;
5588         int y;
5589     public:
5590         Date2(int ii, Month mm, year yy)
5591             :i{ii}, m{mm}, y{yy}
5592             { if (!valid(i, m, y)) throw Bad_date{}; }
5594         Date2(int ii, Month mm)
5595             :Date2{ii, mm, current_year()} {}
5596         // ...
5597     };
5599 **See also**: If the "repeated action" is a simple initialization, consider [an in-class member initializer](#Rc-in-class-initializer).
5601 ##### Enforcement
5603 (Moderate) Look for similar constructor bodies.
5605 ### <a name="Rc-inheriting"></a>C.52: Use inheriting constructors to import constructors into a derived class that does not need further explicit initialization
5607 ##### Reason
5609 If you need those constructors for a derived class, re-implementing them is tedious and error-prone.
5611 ##### Example
5613 `std::vector` has a lot of tricky constructors, so if I want my own `vector`, I don't want to reimplement them:
5615     class Rec {
5616         // ... data and lots of nice constructors ...
5617     };
5619     class Oper : public Rec {
5620         using Rec::Rec;
5621         // ... no data members ...
5622         // ... lots of nice utility functions ...
5623     };
5625 ##### Example, bad
5627     struct Rec2 : public Rec {
5628         int x;
5629         using Rec::Rec;
5630     };
5632     Rec2 r {"foo", 7};
5633     int val = r.x;   // uninitialized
5635 ##### Enforcement
5637 Make sure that every member of the derived class is initialized.
5639 ## <a name="SS-copy"></a>C.copy: Copy and move
5641 Value types should generally be copyable, but interfaces in a class hierarchy should not.
5642 Resource handles may or may not be copyable.
5643 Types can be defined to move for logical as well as performance reasons.
5645 ### <a name="Rc-copy-assignment"></a>C.60: Make copy assignment non-`virtual`, take the parameter by `const&`, and return by non-`const&`
5647 ##### Reason
5649 It is simple and efficient. If you want to optimize for rvalues, provide an overload that takes a `&&` (see [F.18](#Rf-consume)).
5651 ##### Example
5653     class Foo {
5654     public:
5655         Foo& operator=(const Foo& x)
5656         {
5657             // GOOD: no need to check for self-assignment (other than performance)
5658             auto tmp = x;
5659             std::swap(*this, tmp);
5660             return *this;
5661         }
5662         // ...
5663     };
5665     Foo a;
5666     Foo b;
5667     Foo f();
5669     a = b;    // assign lvalue: copy
5670     a = f();  // assign rvalue: potentially move
5672 ##### Note
5674 The `swap` implementation technique offers the [strong guarantee](#Abrahams01).
5676 ##### Example
5678 But what if you can get significantly better performance by not making a temporary copy? Consider a simple `Vector` intended for a domain where assignment of large, equal-sized `Vector`s is common. In this case, the copy of elements implied by the `swap` implementation technique could cause an order of magnitude increase in cost:
5680     template<typename T>
5681     class Vector {
5682     public:
5683         Vector& operator=(const Vector&);
5684         // ...
5685     private:
5686         T* elem;
5687         int sz;
5688     };
5690     Vector& Vector::operator=(const Vector& a)
5691     {
5692         if (a.sz > sz) {
5693             // ... use the swap technique, it can't be bettered ...
5694             return *this
5695         }
5696         // ... copy sz elements from *a.elem to elem ...
5697         if (a.sz < sz) {
5698             // ... destroy the surplus elements in *this* and adjust size ...
5699         }
5700         return *this;
5701     }
5703 By writing directly to the target elements, we will get only [the basic guarantee](#Abrahams01) rather than the strong guarantee offered by the `swap` technique. Beware of [self-assignment](#Rc-copy-self).
5705 **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&)`.
5706 See [copy constructor vs. `clone()`](#Rc-copy-virtual).
5708 ##### Enforcement
5710 * (Simple) An assignment operator should not be virtual. Here be dragons!
5711 * (Simple) An assignment operator should return `T&` to enable chaining, not alternatives like `const T&` which interfere with composability and putting objects in containers.
5712 * (Moderate) An assignment operator should (implicitly or explicitly) invoke all base and member assignment operators.
5713   Look at the destructor to determine if the type has pointer semantics or value semantics.
5715 ### <a name="Rc-copy-semantic"></a>C.61: A copy operation should copy
5717 ##### Reason
5719 That is the generally assumed semantics. After `x = y`, we should have `x == y`.
5720 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).
5722 ##### Example
5724     class X {   // OK: value semantics
5725     public:
5726         X();
5727         X(const X&);     // copy X
5728         void modify();   // change the value of X
5729         // ...
5730         ~X() { delete[] p; }
5731     private:
5732         T* p;
5733         int sz;
5734     };
5736     bool operator==(const X& a, const X& b)
5737     {
5738         return a.sz == b.sz && equal(a.p, a.p + a.sz, b.p, b.p + b.sz);
5739     }
5741     X::X(const X& a)
5742         :p{new T[a.sz]}, sz{a.sz}
5743     {
5744         copy(a.p, a.p + sz, p);
5745     }
5747     X x;
5748     X y = x;
5749     if (x != y) throw Bad{};
5750     x.modify();
5751     if (x == y) throw Bad{};   // assume value semantics
5753 ##### Example
5755     class X2 {  // OK: pointer semantics
5756     public:
5757         X2();
5758         X2(const X2&) = default; // shallow copy
5759         ~X2() = default;
5760         void modify();          // change the pointed-to value
5761         // ...
5762     private:
5763         T* p;
5764         int sz;
5765     };
5767     bool operator==(const X2& a, const X2& b)
5768     {
5769         return a.sz == b.sz && a.p == b.p;
5770     }
5772     X2 x;
5773     X2 y = x;
5774     if (x != y) throw Bad{};
5775     x.modify();
5776     if (x != y) throw Bad{};  // assume pointer semantics
5778 ##### Note
5780 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.
5782 ##### Enforcement
5784 (Not enforceable)
5786 ### <a name="Rc-copy-self"></a>C.62: Make copy assignment safe for self-assignment
5788 ##### Reason
5790 If `x = x` changes the value of `x`, people will be surprised and bad errors will occur (often including leaks).
5792 ##### Example
5794 The standard-library containers handle self-assignment elegantly and efficiently:
5796     std::vector<int> v = {3, 1, 4, 1, 5, 9};
5797     v = v;
5798     // the value of v is still {3, 1, 4, 1, 5, 9}
5800 ##### Note
5802 The default assignment generated from members that handle self-assignment correctly handles self-assignment.
5804     struct Bar {
5805         vector<pair<int, int>> v;
5806         map<string, int> m;
5807         string s;
5808     };
5810     Bar b;
5811     // ...
5812     b = b;   // correct and efficient
5814 ##### Note
5816 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)).
5818     class Foo {
5819         string s;
5820         int i;
5821     public:
5822         Foo& operator=(const Foo& a);
5823         // ...
5824     };
5826     Foo& Foo::operator=(const Foo& a)   // OK, but there is a cost
5827     {
5828         if (this == &a) return *this;
5829         s = a.s;
5830         i = a.i;
5831         return *this;
5832     }
5834 This is obviously safe and apparently efficient.
5835 However, what if we do one self-assignment per million assignments?
5836 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).
5837 Consider:
5839     Foo& Foo::operator=(const Foo& a)   // simpler, and probably much better
5840     {
5841         s = a.s;
5842         i = a.i;
5843         return *this;
5844     }
5846 `std::string` is safe for self-assignment and so are `int`. All the cost is carried by the (rare) case of self-assignment.
5848 ##### Enforcement
5850 (Simple) Assignment operators should not contain the pattern `if (this == &a) return *this;` ???
5852 ### <a name="Rc-move-assignment"></a>C.63: Make move assignment non-`virtual`, take the parameter by `&&`, and return by non-`const &`
5854 ##### Reason
5856 It is simple and efficient.
5858 **See**: [The rule for copy-assignment](#Rc-copy-assignment).
5860 ##### Enforcement
5862 Equivalent to what is done for [copy-assignment](#Rc-copy-assignment).
5864 * (Simple) An assignment operator should not be virtual. Here be dragons!
5865 * (Simple) An assignment operator should return `T&` to enable chaining, not alternatives like `const T&` which interfere with composability and putting objects in containers.
5866 * (Moderate) A move assignment operator should (implicitly or explicitly) invoke all base and member move assignment operators.
5868 ### <a name="Rc-move-semantic"></a>C.64: A move operation should move and leave its source in a valid state
5870 ##### Reason
5872 That is the generally assumed semantics.
5873 After `y = std::move(x)` the value of `y` should be the value `x` had and `x` should be in a valid state.
5875 ##### Example
5877     template<typename T>
5878     class X {   // OK: value semantics
5879     public:
5880         X();
5881         X(X&& a) noexcept;  // move X
5882         void modify();     // change the value of X
5883         // ...
5884         ~X() { delete[] p; }
5885     private:
5886         T* p;
5887         int sz;
5888     };
5891     X::X(X&& a)
5892         :p{a.p}, sz{a.sz}  // steal representation
5893     {
5894         a.p = nullptr;     // set to "empty"
5895         a.sz = 0;
5896     }
5898     void use()
5899     {
5900         X x{};
5901         // ...
5902         X y = std::move(x);
5903         x = X{};   // OK
5904     } // OK: x can be destroyed
5906 ##### Note
5908 Ideally, that moved-from should be the default value of the type.
5909 Ensure that unless there is an exceptionally good reason not to.
5910 However, not all types have a default value and for some types establishing the default value can be expensive.
5911 The standard requires only that the moved-from object can be destroyed.
5912 Often, we can easily and cheaply do better: The standard library assumes that it is possible to assign to a moved-from object.
5913 Always leave the moved-from object in some (necessarily specified) valid state.
5915 ##### Note
5917 Unless there is an exceptionally strong reason not to, make `x = std::move(y); y = z;` work with the conventional semantics.
5919 ##### Enforcement
5921 (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.
5923 ### <a name="Rc-move-self"></a>C.65: Make move assignment safe for self-assignment
5925 ##### Reason
5927 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.
5929 ##### Example
5931     class Foo {
5932         string s;
5933         int i;
5934     public:
5935         Foo& operator=(Foo&& a);
5936         // ...
5937     };
5939     Foo& Foo::operator=(Foo&& a) noexcept  // OK, but there is a cost
5940     {
5941         if (this == &a) return *this;  // this line is redundant
5942         s = std::move(a.s);
5943         i = a.i;
5944         return *this;
5945     }
5947 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.
5949 ##### Note
5951 There is no known 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).
5953 ##### Note
5955 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.
5957 ##### Example
5959 Here is a way to move a pointer without a test (imagine it as code in the implementation a move assignment):
5961     // move from other.ptr to this->ptr
5962     T* temp = other.ptr;
5963     other.ptr = nullptr;
5964     delete ptr;
5965     ptr = temp;
5967 ##### Enforcement
5969 * (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`.
5970 * (Not enforceable) Look at the use of standard-library container types (incl. `string`) and consider them safe for ordinary (not life-critical) uses.
5972 ### <a name="Rc-move-noexcept"></a>C.66: Make move operations `noexcept`
5974 ##### Reason
5976 A throwing move violates most people's reasonably assumptions.
5977 A non-throwing move will be used more efficiently by standard-library and language facilities.
5979 ##### Example
5981     template<typename T>
5982     class Vector {
5983         // ...
5984         Vector(Vector&& a) noexcept :elem{a.elem}, sz{a.sz} { a.sz = 0; a.elem = nullptr; }
5985         Vector& operator=(Vector&& a) noexcept { elem = a.elem; sz = a.sz; a.sz = 0; a.elem = nullptr; }
5986         // ...
5987     public:
5988         T* elem;
5989         int sz;
5990     };
5992 These operations do not throw.
5994 ##### Example, bad
5996     template<typename T>
5997     class Vector2 {
5998         // ...
5999         Vector2(Vector2&& a) { *this = a; }             // just use the copy
6000         Vector2& operator=(Vector2&& a) { *this = a; }  // just use the copy
6001         // ...
6002     public:
6003         T* elem;
6004         int sz;
6005     };
6007 This `Vector2` is not just inefficient, but since a vector copy requires allocation, it can throw.
6009 ##### Enforcement
6011 (Simple) A move operation should be marked `noexcept`.
6013 ### <a name="Rc-copy-virtual"></a>C.67: A base class should suppress copying, and provide a virtual `clone` instead if "copying" is desired
6015 ##### Reason
6017 To prevent slicing, because the normal copy operations will copy only the base portion of a derived object.
6019 ##### Example, bad
6021     class B { // BAD: base class doesn't suppress copying
6022         int data;
6023         // ... nothing about copy operations, so uses default ...
6024     };
6026     class D : public B {
6027         string more_data; // add a data member
6028         // ...
6029     };
6031     auto d = make_unique<D>();
6033     // oops, slices the object; gets only d.data but drops d.more_data
6034     auto b = make_unique<B>(d);
6036 ##### Example
6038     class B { // GOOD: base class suppresses copying
6039     public:
6040         B(const B&) = delete;
6041         B& operator=(const B&) = delete;
6042         virtual unique_ptr<B> clone() { return /* B object */; }
6043         // ...
6044     };
6046     class D : public B {
6047         string more_data; // add a data member
6048         unique_ptr<B> clone() override { return /* D object */; }
6049         // ...
6050     };
6052     auto d = make_unique<D>();
6053     auto b = d.clone(); // ok, deep clone
6055 ##### Note
6057 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.
6059 ##### Exception
6061 If you need covariant return types, return an `owner<derived*>`. See [C.130](#Rh-copy).
6063 ##### Enforcement
6065 A class with any virtual function should not have a copy constructor or copy assignment operator (compiler-generated or handwritten).
6067 ## C.other: Other default operation rules
6069 In addition to the operations for which the language offer default implementations,
6070 there are a few operations that are so foundational that it rules for their definition are needed:
6071 comparisons, `swap`, and `hash`.
6073 ### <a name="Rc-eqdefault"></a>C.80: Use `=default` if you have to be explicit about using the default semantics
6075 ##### Reason
6077 The compiler is more likely to get the default semantics right and you cannot implement these functions better than the compiler.
6079 ##### Example
6081     class Tracer {
6082         string message;
6083     public:
6084         Tracer(const string& m) : message{m} { cerr << "entering " << message << '\n'; }
6085         ~Tracer() { cerr << "exiting " << message << '\n'; }
6087         Tracer(const Tracer&) = default;
6088         Tracer& operator=(const Tracer&) = default;
6089         Tracer(Tracer&&) = default;
6090         Tracer& operator=(Tracer&&) = default;
6091     };
6093 Because we defined the destructor, we must define the copy and move operations. The `= default` is the best and simplest way of doing that.
6095 ##### Example, bad
6097     class Tracer2 {
6098         string message;
6099     public:
6100         Tracer2(const string& m) : message{m} { cerr << "entering " << message << '\n'; }
6101         ~Tracer2() { cerr << "exiting " << message << '\n'; }
6103         Tracer2(const Tracer2& a) : message{a.message} {}
6104         Tracer2& operator=(const Tracer2& a) { message = a.message; return *this; }
6105         Tracer2(Tracer2&& a) :message{a.message} {}
6106         Tracer2& operator=(Tracer2&& a) { message = a.message; return *this; }
6107     };
6109 Writing out the bodies of the copy and move operations is verbose, tedious, and error-prone. A compiler does it better.
6111 ##### Enforcement
6113 (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
6115 ### <a name="Rc-delete"></a>C.81: Use `=delete` when you want to disable default behavior (without wanting an alternative)
6117 ##### Reason
6119 In a few cases, a default operation is not desirable.
6121 ##### Example
6123     class Immortal {
6124     public:
6125         ~Immortal() = delete;   // do not allow destruction
6126         // ...
6127     };
6129     void use()
6130     {
6131         Immortal ugh;   // error: ugh cannot be destroyed
6132         Immortal* p = new Immortal{};
6133         delete p;       // error: cannot destroy *p
6134     }
6136 ##### Example
6138 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:
6140     template <class T, class D = default_delete<T>> class unique_ptr {
6141     public:
6142         // ...
6143         constexpr unique_ptr() noexcept;
6144         explicit unique_ptr(pointer p) noexcept;
6145         // ...
6146         unique_ptr(unique_ptr&& u) noexcept;   // move constructor
6147         // ...
6148         unique_ptr(const unique_ptr&) = delete; // disable copy from lvalue
6149         // ...
6150     };
6152     unique_ptr<int> make();   // make "something" and return it by moving
6154     void f()
6155     {
6156         unique_ptr<int> pi {};
6157         auto pi2 {pi};      // error: no move constructor from lvalue
6158         auto pi3 {make()};  // OK, move: the result of make() is an rvalue
6159     }
6161 Note that deleted functions should be public.
6163 ##### Enforcement
6165 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.
6167 ### <a name="Rc-ctor-virtual"></a>C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors
6169 ##### Reason
6171 The function called will be that of the object constructed so far, rather than a possibly overriding function in a derived class.
6172 This can be most confusing.
6173 Worse, a direct or indirect call to an unimplemented pure virtual function from a constructor or destructor results in undefined behavior.
6175 ##### Example, bad
6177     class Base {
6178     public:
6179         virtual void f() = 0;   // not implemented
6180         virtual void g();       // implemented with Base version
6181         virtual void h();       // implemented with Base version
6182     };
6184     class Derived : public Base {
6185     public:
6186         void g() override;   // provide Derived implementation
6187         void h() final;      // provide Derived implementation
6189         Derived()
6190         {
6191             // BAD: attempt to call an unimplemented virtual function
6192             f();
6194             // BAD: will call Derived::g, not dispatch further virtually
6195             g();
6197             // GOOD: explicitly state intent to call only the visible version
6198             Derived::g();
6200             // ok, no qualification needed, h is final
6201             h();
6202         }
6203     };
6205 Note that calling a specific explicitly qualified function is not a virtual call even if the function is `virtual`.
6207 **See also** [factory functions](#Rc-factory) for how to achieve the effect of a call to a derived class function without risking undefined behavior.
6209 ##### Note
6211 There is nothing inherently wrong with calling virtual functions from constructors and destructors.
6212 The semantics of such calls is type safe.
6213 However, experience shows that such calls are rarely needed, easily confuse maintainers, and become a source of errors when used by novices.
6215 ##### Enforcement
6217 * Flag calls of virtual functions from constructors and destructors.
6219 ### <a name="Rc-swap"></a>C.83: For value-like types, consider providing a `noexcept` swap function
6221 ##### Reason
6223 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).
6225 ##### Example, good
6227     class Foo {
6228         // ...
6229     public:
6230         void swap(Foo& rhs) noexcept
6231         {
6232             m1.swap(rhs.m1);
6233             std::swap(m2, rhs.m2);
6234         }
6235     private:
6236         Bar m1;
6237         int m2;
6238     };
6240 Providing a nonmember `swap` function in the same namespace as your type for callers' convenience.
6242     void swap(Foo& a, Foo& b)
6243     {
6244         a.swap(b);
6245     }
6247 ##### Enforcement
6249 * (Simple) A class without virtual functions should have a `swap` member function declared.
6250 * (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
6252 ### <a name="Rc-swap-fail"></a>C.84: A `swap` function may not fail
6254 ##### Reason
6256  `swap` is widely used in ways that are assumed never to fail and programs cannot easily be written to work correctly in the presence of a failing `swap`. The standard-library containers and algorithms will not work correctly if a swap of an element type fails.
6258 ##### Example, bad
6260     void swap(My_vector& x, My_vector& y)
6261     {
6262         auto tmp = x;   // copy elements
6263         x = y;
6264         y = tmp;
6265     }
6267 This is not just slow, but if a memory allocation occurs for the elements in `tmp`, this `swap` may throw and would make STL algorithms fail if used with them.
6269 ##### Enforcement
6271 (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
6273 ### <a name="Rc-swap-noexcept"></a>C.85: Make `swap` `noexcept`
6275 ##### Reason
6277  [A `swap` may not fail](#Rc-swap-fail).
6278 If a `swap` tries to exit with an exception, it's a bad design error and the program had better terminate.
6280 ##### Enforcement
6282 (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
6284 ### <a name="Rc-eq"></a>C.86: Make `==` symmetric with respect to operand types and `noexcept`
6286 ##### Reason
6288 Asymmetric treatment of operands is surprising and a source of errors where conversions are possible.
6289 `==` is a fundamental operations and programmers should be able to use it without fear of failure.
6291 ##### Example
6293     struct X {
6294         string name;
6295         int number;
6296     };
6298     bool operator==(const X& a, const X& b) noexcept {
6299         return a.name == b.name && a.number == b.number;
6300     }
6302 ##### Example, bad
6304     class B {
6305         string name;
6306         int number;
6307         bool operator==(const B& a) const {
6308             return name == a.name && number == a.number;
6309         }
6310         // ...
6311     };
6313 `B`'s comparison accepts conversions for its second operand, but not its first.
6315 ##### Note
6317 If a class has a failure state, like `double`'s `NaN`, there is a temptation to make a comparison against the failure state throw.
6318 The alternative is to make two failure states compare equal and any valid state compare false against the failure state.
6320 #### Note
6322 This rule applies to all the usual comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
6324 ##### Enforcement
6326 * Flag an `operator==()` for which the argument types differ; same for other comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
6327 * Flag member `operator==()`s; same for other comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
6329 ### <a name="Rc-eq-base"></a>C.87: Beware of `==` on base classes
6331 ##### Reason
6333 It is really hard to write a foolproof and useful `==` for a hierarchy.
6335 ##### Example, bad
6337     class B {
6338         string name;
6339         int number;
6340         virtual bool operator==(const B& a) const
6341         {
6342              return name == a.name && number == a.number;
6343         }
6344         // ...
6345     };
6347 `B`'s comparison accepts conversions for its second operand, but not its first.
6349     class D :B {
6350         char character;
6351         virtual bool operator==(const D& a) const
6352         {
6353             return name == a.name && number == a.number && character == a.character;
6354         }
6355         // ...
6356     };
6358     B b = ...
6359     D d = ...
6360     b == d;    // compares name and number, ignores d's character
6361     d == b;    // error: no == defined
6362     D d2;
6363     d == d2;   // compares name, number, and character
6364     B& b2 = d2;
6365     b2 == d;   // compares name and number, ignores d2's and d's character
6367 Of course there are ways of making `==` work in a hierarchy, but the naive approaches do not scale
6369 #### Note
6371 This rule applies to all the usual comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
6373 ##### Enforcement
6375 * Flag a virtual `operator==()`; same for other comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
6377 ### <a name="Rc-hash"></a>C.89: Make a `hash` `noexcept`
6379 ##### Reason
6381 Users of hashed containers use hash indirectly and don't expect simple access to throw.
6382 It's a standard-library requirement.
6384 ##### Example, bad
6386     template<>
6387     struct hash<My_type> {  // thoroughly bad hash specialization
6388         using result_type = size_t;
6389         using argument_type = My_type;
6391         size_t operator() (const My_type & x) const
6392         {
6393             size_t xs = x.s.size();
6394             if (xs < 4) throw Bad_My_type{};    // "Nobody expects the Spanish inquisition!"
6395             return hash<size_t>()(x.s.size()) ^ trim(x.s);
6396         }
6397     };
6399     int main()
6400     {
6401         unordered_map<My_type, int> m;
6402         My_type mt{ "asdfg" };
6403         m[mt] = 7;
6404         cout << m[My_type{ "asdfg" }] << '\n';
6405     }
6407 If you have to define a `hash` specialization, try simply to let it combine standard-library `hash` specializations with `^` (xor).
6408 That tends to work better than "cleverness" for non-specialists.
6410 ##### Enforcement
6412 * Flag throwing `hash`es.
6414 ## <a name="SS-containers"></a>C.con: Containers and other resource handles
6416 A container is an object holding a sequence of objects of some type; `std::vector` is the archetypical container.
6417 A resource handle is a class that owns a resource; `std::vector` is the typical resource handle; its resource is its sequence of elements.
6419 Summary of container rules:
6421 * [C.100: Follow the STL when defining a container](#Rcon-stl)
6422 * [C.101: Give a container value semantics](#Rcon-val)
6423 * [C.102: Give a container move operations](#Rcon-move)
6424 * [C.103: Give a container an initializer list constructor](#Rcon-init)
6425 * [C.104: Give a container a default constructor that sets it to empty](#Rcon-empty)
6426 * [C.105: Give a constructor and `Extent` constructor](#Rcon-val)
6427 * ???
6428 * [C.109: If a resource handle has pointer semantics, provide `*` and `->`](#rcon-ptr)
6430 **See also**: [Resources](#S-resource)
6432 ## <a name="SS-lambdas"></a>C.lambdas: Function objects and lambdas
6434 A function object is an object supplying an overloaded `()` so that you can call it.
6435 A lambda expression (colloquially often shortened to "a lambda") is a notation for generating a function object.
6436 Function objects should be cheap to copy (and therefore [passed by value](#Rf-in)).
6438 Summary:
6440 * [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)
6441 * [F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms](#Rf-reference-capture)
6442 * [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)
6443 * [ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables](#Res-lambda-init)
6445 ## <a name="SS-hier"></a>C.hier: Class hierarchies (OOP)
6447 A class hierarchy is constructed to represent a set of hierarchically organized concepts (only).
6448 Typically base classes act as interfaces.
6449 There are two major uses for hierarchies, often named implementation inheritance and interface inheritance.
6451 Class hierarchy rule summary:
6453 * [C.120: Use class hierarchies to represent concepts with inherent hierarchical structure (only)](#Rh-domain)
6454 * [C.121: If a base class is used as an interface, make it a pure abstract class](#Rh-abstract)
6455 * [C.122: Use abstract classes as interfaces when complete separation of interface and implementation is needed](#Rh-separation)
6457 Designing rules for classes in a hierarchy summary:
6459 * [C.126: An abstract class typically doesn't need a constructor](#Rh-abstract-ctor)
6460 * [C.127: A class with a virtual function should have a virtual or protected destructor](#Rh-dtor)
6461 * [C.128: Virtual functions should specify exactly one of `virtual`, `override`, or `final`](#Rh-override)
6462 * [C.129: When designing a class hierarchy, distinguish between implementation inheritance and interface inheritance](#Rh-kind)
6463 * [C.130: Redefine or prohibit copying for a base class; prefer a virtual `clone` function instead](#Rh-copy)
6464 * [C.131: Avoid trivial getters and setters](#Rh-get)
6465 * [C.132: Don't make a function `virtual` without reason](#Rh-virtual)
6466 * [C.133: Avoid `protected` data](#Rh-protected)
6467 * [C.134: Ensure all non-`const` data members have the same access level](#Rh-public)
6468 * [C.135: Use multiple inheritance to represent multiple distinct interfaces](#Rh-mi-interface)
6469 * [C.136: Use multiple inheritance to represent the union of implementation attributes](#Rh-mi-implementation)
6470 * [C.137: Use `virtual` bases to avoid overly general base classes](#Rh-vbase)
6471 * [C.138: Create an overload set for a derived class and its bases with `using`](#Rh-using)
6472 * [C.139: Use `final` sparingly](#Rh-final)
6473 * [C.140: Do not provide different default arguments for a virtual function and an overrider](#Rh-virtual-default-arg)
6475 Accessing objects in a hierarchy rule summary:
6477 * [C.145: Access polymorphic objects through pointers and references](#Rh-poly)
6478 * [C.146: Use `dynamic_cast` where class hierarchy navigation is unavoidable](#Rh-dynamic_cast)
6479 * [C.147: Use `dynamic_cast` to a reference type when failure to find the required class is considered an error](#Rh-ref-cast)
6480 * [C.148: Use `dynamic_cast` to a pointer type when failure to find the required class is considered a valid alternative](#Rh-ptr-cast)
6481 * [C.149: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to avoid forgetting to `delete` objects created using `new`](#Rh-smart)
6482 * [C.150: Use `make_unique()` to construct objects owned by `unique_ptr`s](#Rh-make_unique)
6483 * [C.151: Use `make_shared()` to construct objects owned by `shared_ptr`s](#Rh-make_shared)
6484 * [C.152: Never assign a pointer to an array of derived class objects to a pointer to its base](#Rh-array)
6485 * [C.153: Prefer virtual function to casting](#Rh-use-virtual)
6487 ### <a name="Rh-domain"></a>C.120: Use class hierarchies to represent concepts with inherent hierarchical structure (only)
6489 ##### Reason
6491 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.
6493 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.
6495 ##### Example
6497     class DrawableUIElement {
6498     public:
6499         virtual void render() const = 0;
6500         // ...
6501     };
6503     class AbstractButton : public DrawableUIElement {
6504     public:
6505         virtual void onClick() = 0;
6506         // ...
6507     };
6509     class PushButton : public AbstractButton {
6510         virtual void render() const override;
6511         virtual void onClick() override;
6512         // ...
6513     };
6515     class Checkbox : public AbstractButton {
6516     // ...
6517     };
6519 ##### Example, bad
6521 Do *not* represent non-hierarchical domain concepts as class hierarchies.
6523     template<typename T>
6524     class Container {
6525     public:
6526         // list operations:
6527         virtual T& get() = 0;
6528         virtual void put(T&) = 0;
6529         virtual void insert(Position) = 0;
6530         // ...
6531         // vector operations:
6532         virtual T& operator[](int) = 0;
6533         virtual void sort() = 0;
6534         // ...
6535         // tree operations:
6536         virtual void balance() = 0;
6537         // ...
6538     };
6540 Here most overriding classes cannot implement most of the functions required in the interface well.
6541 Thus the base class becomes an implementation burden.
6542 Furthermore, the user of `Container` cannot rely on the member functions actually performing a meaningful operations reasonably efficiently;
6543 it may throw an exception instead.
6544 Thus users have to resort to run-time checking and/or
6545 not using this (over)general interface in favor of a particular interface found by a run-time type inquiry (e.g., a `dynamic_cast`).
6547 ##### Enforcement
6549 * Look for classes with lots of members that do nothing but throw.
6550 * Flag every use of a nonpublic base class `B` where the derived class `D` does not override a virtual function or access a protected member in `B`, and `B` is not one of the following: empty, a template parameter or parameter pack of `D`, a class template specialized with `D`.
6552 ### <a name="Rh-abstract"></a>C.121: If a base class is used as an interface, make it a pure abstract class
6554 ##### Reason
6556 A class is more stable (less brittle) if it does not contain data.
6557 Interfaces should normally be composed entirely of public pure virtual functions and a default/empty virtual destructor.
6559 ##### Example
6561     class My_interface {
6562     public:
6563         // ...only pure virtual functions here ...
6564         virtual ~My_interface() {}   // or =default
6565     };
6567 ##### Example, bad
6569     class Goof {
6570     public:
6571         // ...only pure virtual functions here ...
6572         // no virtual destructor
6573     };
6575     class Derived : public Goof {
6576         string s;
6577         // ...
6578     };
6580     void use()
6581     {
6582         unique_ptr<Goof> p {new Derived{"here we go"}};
6583         f(p.get()); // use Derived through the Goof interface
6584         g(p.get()); // use Derived through the Goof interface
6585     } // leak
6587 The `Derived` is `delete`d through its `Goof` interface, so its `string` is leaked.
6588 Give `Goof` a virtual destructor and all is well.
6591 ##### Enforcement
6593 * Warn on any class that contains data members and also has an overridable (non-`final`) virtual function.
6595 ### <a name="Rh-separation"></a>C.122: Use abstract classes as interfaces when complete separation of interface and implementation is needed
6597 ##### Reason
6599 Such as on an ABI (link) boundary.
6601 ##### Example
6603     struct Device {
6604         virtual ~Device() = default;
6605         virtual void write(span<const char> outbuf) = 0;
6606         virtual void read(span<char> inbuf) = 0;
6607     };
6609     class D1 : public Device {
6610         // ... data ...
6612         void write(span<const char> outbuf) override;
6613         void read(span<char> inbuf) override;
6614     };
6616     class D2 : public Device {
6617         // ... different data ...
6619         void write(span<const char> outbuf) override;
6620         void read(span<char> inbuf) override;
6621     };
6623 A user can now use `D1`s and `D2`s interchangeably through the interface provided by `Device`.
6624 Furthermore, we can update `D1` and `D2` in a ways that are not binary compatible with older versions as long as all access goes through `Device`.
6626 ##### Enforcement
6628     ???
6630 ## C.hierclass: Designing classes in a hierarchy:
6632 ### <a name="Rh-abstract-ctor"></a>C.126: An abstract class typically doesn't need a constructor
6634 ##### Reason
6636 An abstract class typically does not have any data for a constructor to initialize.
6638 ##### Example
6640     ???
6642 ##### Exception
6644 * A base class constructor that does work, such as registering an object somewhere, may need a constructor.
6645 * In extremely rare cases, you might find it reasonable for an abstract class to have a bit of data shared by all derived classes
6646   (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.
6648 ##### Enforcement
6650 Flag abstract classes with constructors.
6652 ### <a name="Rh-dtor"></a>C.127: A class with a virtual function should have a virtual or protected destructor
6654 ##### Reason
6656 A class with a virtual function is usually (and in general) used via a pointer to base. Usually, the last user has to call delete on a pointer to base, often via a smart pointer to base, so the destructor should be public and virtual. Less commonly, if deletion through a pointer to base is not intended to be supported, the destructor should be protected and nonvirtual; see [C.35](#Rc-dtor-virtual).
6658 ##### Example, bad
6660     struct B {
6661         virtual int f() = 0;
6662         // ... no user-written destructor, defaults to public nonvirtual ...
6663     };
6665     // bad: derived from a class without a virtual destructor
6666     struct D : B {
6667         string s {"default"};
6668     };
6670     void use()
6671     {
6672         unique_ptr<B> p = make_unique<D>();
6673         // ...
6674     } // undefined behavior. May call B::~B only and leak the string
6676 ##### Note
6678 There are people who don't follow this rule because they plan to use a class only through a `shared_ptr`: `std::shared_ptr<B> p = std::make_shared<D>(args);` Here, the shared pointer will take care of deletion, so no leak will occur from an inappropriate `delete` of the base. People who do this consistently can get a false positive, but the rule is important -- what if one was allocated using `make_unique`? It's not safe unless the author of `B` ensures that it can never be misused, such as by making all constructors private and providing a factory function to enforce the allocation with `make_shared`.
6680 ##### Enforcement
6682 * A class with any virtual functions should have a destructor that is either public and virtual or else protected and nonvirtual.
6683 * Flag `delete` of a class with a virtual function but no virtual destructor.
6685 ### <a name="Rh-override"></a>C.128: Virtual functions should specify exactly one of `virtual`, `override`, or `final`
6687 ##### Reason
6689 Readability.
6690 Detection of mistakes.
6691 Writing explicit `virtual`, `override`, or `final` is self-documenting and enables the compiler to catch mismatch of types and/or names between base and derived classes. However, writing more than one of these three is both redundant and a potential source of errors.
6693 Use `virtual` only when declaring a new virtual function. Use `override` only when declaring an overrider. Use `final` only when declaring a final overrider. If a base class destructor is declared `virtual`, one should avoid declaring derived class destructors  `virtual` or `override`. Some code base and tools might insist on `override` for destructors, but that is not the recommendation of these guidelines.
6695 ##### Example, bad
6697     struct B {
6698         void f1(int);
6699         virtual void f2(int) const;
6700         virtual void f3(int);
6701         // ...
6702     };
6704     struct D : B {
6705         void f1(int);        // bad (hope for a warning): D::f1() hides B::f1()
6706         void f2(int) const;  // bad (but conventional and valid): no explicit override
6707         void f3(double);     // bad (hope for a warning): D::f3() hides B::f3()
6708         // ...
6709     };
6711 ##### Example, good
6713     struct Better : B {
6714         void f1(int) override;        // error (caught): D::f1() hides B::f1()
6715         void f2(int) const override;
6716         void f3(double) override;     // error (caught): D::f3() hides B::f3()
6717         // ...
6718     };
6720 ##### Enforcement
6722 * Compare names in base and derived classes and flag uses of the same name that does not override.
6723 * Flag overrides with neither `override` nor `final`.
6724 * Flag function declarations that use more than one of `virtual`, `override`, and `final`.
6726 ### <a name="Rh-kind"></a>C.129: When designing a class hierarchy, distinguish between implementation inheritance and interface inheritance
6728 ##### Reason
6730 Implementation details in an interface makes the interface brittle;
6731 that is, makes its users vulnerable to having to recompile after changes in the implementation.
6732 Data in a base class increases the complexity of implementing the base and can lead to replication of code.
6734 ##### Note
6736 Definition:
6738 * interface inheritance is the use of inheritance to separate users from implementations,
6739 in particular to allow derived classes to be added and changed without affecting the users of base classes.
6740 * implementation inheritance is the use of inheritance to simplify implementation of new facilities
6741 by making useful operations available for implementers of related new operations (sometimes called "programming by difference").
6743 A pure interface class is simply a set of pure virtual functions; see [I.25](#Ri-abstract).
6745 In early OOP (e.g., in the 1980s and 1990s), implementation inheritance and interface inheritance were often mixed
6746 and bad habits die hard.
6747 Even now, mixtures are not uncommon in old code bases and in old-style teaching material.
6749 The importance of keeping the two kinds of inheritance increases
6751 * with the size of a hierarchy (e.g., dozens of derived classes),
6752 * with the length of time the hierarchy is used (e.g., decades), and
6753 * with the number of distinct organizations in which a hierarchy is used
6754 (e.g., it can be difficult to distribute an update to a base class)
6757 ##### Example, bad
6759     class Shape {   // BAD, mixed interface and implementation
6760     public:
6761         Shape();
6762         Shape(Point ce = {0, 0}, Color co = none): cent{ce}, col {co} { /* ... */}
6764         Point center() const { return cent; }
6765         Color color() const { return col; }
6767         virtual void rotate(int) = 0;
6768         virtual void move(Point p) { cent = p; redraw(); }
6770         virtual void redraw();
6772         // ...
6773     private:
6774         Point cent;
6775         Color col;
6776     };
6778     class Circle : public Shape {
6779     public:
6780         Circle(Point c, int r) :Shape{c}, rad{r} { /* ... */ }
6782         // ...
6783     private:
6784         int rad;
6785     };
6787     class Triangle : public Shape {
6788     public:
6789         Triangle(Point p1, Point p2, Point p3); // calculate center
6790         // ...
6791     };
6793 Problems:
6795 * As the hierarchy grows and more data is added to `Shape`, the constructors gets harder to write and maintain.
6796 * Why calculate the center for the `Triangle`? we may never us it.
6797 * Add a data member to `Shape` (e.g., drawing style or canvas)
6798 and all derived classes and all users needs to be reviewed, possibly changes, and probably recompiled.
6800 The implementation of `Shape::move()` is an example of implementation inheritance:
6801 we have defined `move()` once and for all for all derived classes.
6802 The more code there is in such base class member function implementations and the more data is shared by placing it in the base,
6803 the more benefits we gain - and the less stable the hierarchy is.
6805 ##### Example
6807 This Shape hierarchy can be rewritten using interface inheritance:
6809     class Shape {  // pure interface
6810     public:
6811         virtual Point center() const = 0;
6812         virtual Color color() const = 0;
6814         virtual void rotate(int) = 0;
6815         virtual void move(Point p) = 0;
6817         virtual void redraw() = 0;
6819         // ...
6820     };
6822 Note that a pure interface rarely have constructors: there is nothing to construct.
6824     class Circle : public Shape {
6825     public:
6826         Circle(Point c, int r, Color c) :cent{c}, rad{r}, col{c} { /* ... */ }
6828         Point center() const override { return cent; }
6829         Color color() const override { return col; }
6831         // ...
6832     private:
6833         Point cent;
6834         int rad;
6835         Color col;
6836     };
6838 The interface is now less brittle, but there is more work in implementing the member functions.
6839 For example, `center` has to be implemented by every class derived from `Shape`.
6841 ##### Example, dual hierarchy
6843 How can we gain the benefit of the stable hierarchies from implementation hierarchies and the benefit of implementation reuse from implementation inheritance.
6844 One popular technique is dual hierarchies.
6845 There are many ways of implementing the idea of dual hierarchies; here, we use a multiple-inheritance variant.
6847 First we devise a hierarchy of interface classes:
6849     class Shape {   // pure interface
6850     public:
6851         virtual Point center() const = 0;
6852         virtual Color color() const = 0;
6854         virtual void rotate(int) = 0;
6855         virtual void move(Point p) = 0;
6857         virtual void redraw() = 0;
6859         // ...
6860     };
6862     class Circle : public Shape {   // pure interface
6863     public:
6864         virtual int radius() = 0;
6865         // ...
6866     };
6868 To make this interface useful, we must provide its implementation classes (here, named equivalently, but in the `Impl` namespace):
6870     class Impl::Shape : public Shape { // implementation
6871     public:
6872         // constructors, destructor
6873         // ...
6874         Point center() const override { /* ... */ }
6875         Color color() const override { /* ... */ }
6877         void rotate(int) override { /* ... */ }
6878         void move(Point p) override { /* ... */ }
6880         void redraw() override { /* ... */ }
6882         // ...
6883     };
6885 Now `Shape` is a poor example of a class with an implementation,
6886 but bear with us because this is just a simple example of a technique aimed at more complex hierarchies.
6888     class Impl::Circle : public Circle, public Impl::Shape {   // implementation
6889     public:
6890         // constructors, destructor
6892         int radius() override { /* ... */ }
6893         // ...
6894     };
6896 And we could extend the hierarchies by adding a Smiley class (:-)):
6898     class Smiley : public Circle { // pure interface
6899     public:
6900         // ...
6901     };
6903     class Impl::Smiley : public Smiley, public Impl::Circle {   // implementation
6904     public:
6905         // constructors, destructor
6906         // ...
6907     }
6909 There are now two hierarchies:
6911 * interface: Smiley -> Circle -> Shape
6912 * implementation: Impl::Smiley -> Impl::Circle -> Impl::Shape
6914 Since each implementation derived from its interface as well as its implementation base class we get a lattice (DAG):
6916     Smiley     ->         Circle     ->  Shape
6917       ^                     ^               ^
6918       |                     |               |
6919     Impl::Smiley -> Impl::Circle -> Impl::Shape
6921 As mentioned, this is just one way to construct a dual hierarchy.
6923 The implementation hierarchy can be used directly, rather than through the abstract interface.
6925     void work_with_shape(Shape&);
6927     int user()
6928     {
6929         Impl::Smiley my_smiley{ /* args */ };   // create concrete shape
6930         // ...
6931         my_smiley.some_member();        // use implementation class directly
6932         // ...
6933         work_with_shape(my_smiley);     // use implementation through abstract interface
6934         // ...
6935     }
6937 This can be useful when the implementation class has members that are not offered in the abstract interface
6938 or if direct use of a member offers optimization opportunities (e.g., if an implementation member function is `final`)
6940 ##### Note
6942 Another (related) technique for separating interface and implementation is [Pimpl](#Ri-pimpl).
6944 ##### Note
6946 There is often a choice between offering common functionality as (implemented) base class functions and free-standing functions
6947 (in an implementation namespace).
6948 Base classes gives a shorter notation and easier access to shared data (in the base)
6949 at the cost of the functionality being available only to users of the hierarchy.
6951 ##### Enforcement
6953 * Flag a derived to base conversion to a base with both data and virtual functions
6954 (except for calls from a derived class member to a base class member)
6955 * ???
6958 ### <a name="Rh-copy"></a>C.130: Redefine or prohibit copying for a base class; prefer a virtual `clone` function instead
6960 ##### Reason
6962 Copying a base is usually slicing. If you really need copy semantics, copy deeply: Provide a virtual `clone` function that will copy the actual most-derived type and return an owning pointer to the new object, and then in derived classes return the derived type (use a covariant return type).
6964 ##### Example
6966     class Base {
6967     public:
6968         virtual owner<Base*> clone() = 0;
6969         virtual ~Base() = 0;
6971         Base(const Base&) = delete;
6972         Base& operator=(const Base&) = delete;
6973     };
6975     class Derived : public Base {
6976     public:
6977         owner<Derived*> clone() override;
6978         virtual ~Derived() override;
6979     };
6981 Note that because of language rules, the covariant return type cannot be a smart pointer. See also [C.67](#Rc-copy-virtual).
6983 ##### Enforcement
6985 * Flag a class with a virtual function and a non-user-defined copy operation.
6986 * Flag an assignment of base class objects (objects of a class from which another has been derived).
6988 ### <a name="Rh-get"></a>C.131: Avoid trivial getters and setters
6990 ##### Reason
6992 A trivial getter or setter adds no semantic value; the data item could just as well be `public`.
6994 ##### Example
6996     class Point {   // Bad: verbose
6997         int x;
6998         int y;
6999     public:
7000         Point(int xx, int yy) : x{xx}, y{yy} { }
7001         int get_x() const { return x; }
7002         void set_x(int xx) { x = xx; }
7003         int get_y() const { return y; }
7004         void set_y(int yy) { y = yy; }
7005         // no behavioral member functions
7006     };
7008 Consider making such a class a `struct` -- that is, a behaviorless bunch of variables, all public data and no member functions.
7010     struct Point {
7011         int x {0};
7012         int y {0};
7013     };
7015 Note that we can put default initializers on member variables: [C.49: Prefer initialization to assignment in constructors](#Rc-initialize).
7017 ##### Note
7019 The key to this rule is whether the semantics of the getter/setter are trivial. While it is not a complete definition of "trivial", consider whether there would be any difference beyond syntax if the getter/setter was a public data member instead. Examples of non-trivial semantics would be: maintaining a class invariant or converting between an internal type and an interface type.
7021 ##### Enforcement
7023 Flag multiple `get` and `set` member functions that simply access a member without additional semantics.
7025 ### <a name="Rh-virtual"></a>C.132: Don't make a function `virtual` without reason
7027 ##### Reason
7029 Redundant `virtual` increases run-time and object-code size.
7030 A virtual function can be overridden and is thus open to mistakes in a derived class.
7031 A virtual function ensures code replication in a templated hierarchy.
7033 ##### Example, bad
7035     template<class T>
7036     class Vector {
7037     public:
7038         // ...
7039         virtual int size() const { return sz; }   // bad: what good could a derived class do?
7040     private:
7041         T* elem;   // the elements
7042         int sz;    // number of elements
7043     };
7045 This kind of "vector" isn't meant to be used as a base class at all.
7047 ##### Enforcement
7049 * Flag a class with virtual functions but no derived classes.
7050 * Flag a class where all member functions are virtual and have implementations.
7052 ### <a name="Rh-protected"></a>C.133: Avoid `protected` data
7054 ##### Reason
7056 `protected` data is a source of complexity and errors.
7057 `protected` data complicates the statement of invariants.
7058 `protected` data inherently violates the guidance against putting data in base classes, which usually leads to having to deal with virtual inheritance as well.
7060 ##### Example, bad
7062     class Shape {
7063     public:
7064         // ... interface functions ...
7065     protected:
7066         // data for use in derived classes:
7067         Color fill_color;
7068         Color edge_color;
7069         Style st;
7070     };
7072 Now it is up to every derived `Shape` to manipulate the protected data correctly.
7073 This has been popular, but also a major source of maintenance problems.
7074 In a large class hierarchy, the consistent use of protected data is hard to maintain because there can be a lot of code,
7075 spread over a lot of classes.
7076 The set of classes that can touch that data is open: anyone can derive a new class and start manipulating the protected data.
7077 Often, it is not possible to examine the complete set of classes, so any change to the representation of the class becomes infeasible.
7078 There is no enforced invariant for the protected data; it is much like a set of global variables.
7079 The protected data has de facto become global to a large body of code.
7081 ##### Note
7083 Protected data often looks tempting to enable arbitrary improvements through derivation.
7084 Often, what you get is unprincipled changes and errors.
7085 [Prefer `private` data](#Rc-private) with a well-specified and enforced invariant.
7086 Alternative, and often better, [keep data out of any class used as an interface](#Rh-abstract).
7088 ##### Note
7090 Protected member function can be just fine.
7092 ##### Enforcement
7094 Flag classes with `protected` data.
7096 ### <a name="Rh-public"></a>C.134: Ensure all non-`const` data members have the same access level
7098 ##### Reason
7100 Prevention of logical confusion leading to errors.
7101 If the non-`const` data members don't have the same access level, the type is confused about what it's trying to do.
7102 Is it a type that maintains an invariant or simply a collection of values?
7104 ##### Discussion
7106 The core question is: What code is responsible for maintaining a meaningful/correct value for that variable?
7108 There are exactly two kinds of data members:
7110 * A: Ones that don't participate in the object's invariant. Any combination of values for these members is valid.
7111 * B: Ones that do participate in the object's invariant. Not every combination of values is meaningful (else there'd be no invariant). Therefore all code that has write access to these variables must know about the invariant, know the semantics, and know (and actively implement and enforce) the rules for keeping the values correct.
7113 Data members in category A should just be `public` (or, more rarely, `protected` if you only want derived classes to see them). They don't need encapsulation. All code in the system might as well see and manipulate them.
7115 Data members in category B should be `private` or `const`. This is because encapsulation is important. To make them non-`private` and non-`const` would mean that the object can't control its own state: An unbounded amount of code beyond the class would need to know about the invariant and participate in maintaining it accurately -- if these data members were `public`, that would be all calling code that uses the object; if they were `protected`, it would be all the code in current and future derived classes. This leads to brittle and tightly coupled code that quickly becomes a nightmare to maintain. Any code that inadvertently sets the data members to an invalid or unexpected combination of values would corrupt the object and all subsequent uses of the object.
7117 Most classes are either all A or all B:
7119 * *All public*: If you're writing an aggregate bundle-of-variables without an invariant across those variables, then all the variables should be `public`.
7120   [By convention, declare such classes `struct` rather than `class`](#Rc-struct)
7121 * *All private*: If you're writing a type that maintains an invariant, then all the non-`const` variables should be private -- it should be encapsulated.
7123 ##### Exception
7125 Occasionally classes will mix A and B, usually for debug reasons. An encapsulated object may contain something like non-`const` debug instrumentation that isn't part of the invariant and so falls into category A -- it isn't really part of the object's value or meaningful observable state either. In that case, the A parts should be treated as A's (made `public`, or in rarer cases `protected` if they should be visible only to derived classes) and the B parts should still be treated like B's (`private` or `const`).
7127 ##### Enforcement
7129 Flag any class that has non-`const` data members with different access levels.
7131 ### <a name="Rh-mi-interface"></a>C.135: Use multiple inheritance to represent multiple distinct interfaces
7133 ##### Reason
7135 Not all classes will necessarily support all interfaces, and not all callers will necessarily want to deal with all operations.
7136 Especially to break apart monolithic interfaces into "aspects" of behavior supported by a given derived class.
7138 ##### Example
7140     class iostream : public istream, public ostream {   // very simplified
7141         // ...
7142     };
7144 `istream` provides the interface to input operations; `ostream` provides the interface to output operations.
7145 `iostream` provides the union of the `istream` and `ostream` interfaces and the synchronization needed to allow both on a single stream.
7147 ##### Note
7149 This is a very common use of inheritance because the need for multiple different interfaces to an implementation is common
7150 and such interfaces are often not easily or naturally organized into a single-rooted hierarchy.
7152 ##### Note
7154 Such interfaces are typically abstract classes.
7156 ##### Enforcement
7160 ### <a name="Rh-mi-implementation"></a>C.136: Use multiple inheritance to represent the union of implementation attributes
7162 ##### Reason
7164 Some forms of mixins have state and often operations on that state.
7165 If the operations are virtual the use of inheritance is necessary, if not using inheritance can avoid boilerplate and forwarding.
7167 ##### Example
7169     class iostream : public istream, public ostream {   // very simplified
7170         // ...
7171     };
7173 `istream` provides the interface to input operations (and some data); `ostream` provides the interface to output operations (and some data).
7174 `iostream` provides the union of the `istream` and `ostream` interfaces and the synchronization needed to allow both on a single stream.
7176 ##### Note
7178 This a relatively rare use because implementation can often be organized into a single-rooted hierarchy.
7180 ##### Example
7182 Sometimes, an "implementation attribute" is more like a "mixin" that determine the behavior of an implementation and inject
7183 members to enable the implementation of the policies it requires.
7184 For example, see `std::enable_shared_from_this`
7185 or various bases from boost.intrusive (e.g. `list_base_hook` or `intrusive_ref_counter`).
7187 ##### Enforcement
7191 ### <a name="Rh-vbase"></a>C.137: Use `virtual` bases to avoid overly general base classes
7193 ##### Reason
7195  Allow separation of shared data and interface.
7196  To avoid all shared data to being put into an ultimate base class.
7198 ##### Example
7200     struct Interface {
7201         virtual void f();
7202         virtual int g();
7203         // ... no data here ...
7204     };
7206     class Utility {  // with data
7207         void utility1();
7208         virtual void utility2();    // customization point
7209     public:
7210         int x;
7211         int y;
7212     };
7214     class Derive1 : public Interface, virtual protected Utility {
7215         // override Interface functions
7216         // Maybe override Utility virtual functions
7217         // ...
7218     };
7220     class Derive2 : public Interface, virtual protected Utility {
7221         // override Interface functions
7222         // Maybe override Utility virtual functions
7223         // ...
7224     };
7226 Factoring out `Utility` makes sense if many derived classes share significant "implementation details."
7229 ##### Note
7231 Obviously, the example is too "theoretical", but it is hard to find a *small* realistic example.
7232 `Interface` is the root of an [interface hierarchy](#Rh-abstract)
7233 and `Utility` is the root of an [implementation hierarchy](#Rh-kind).
7234 Here is [a slightly more realistic example](https://www.quora.com/What-are-the-uses-and-advantages-of-virtual-base-class-in-C%2B%2B/answer/Lance-Diduck) with an explanation.
7236 ##### Note
7238 Often, linearization of a hierarchy is a better solution.
7240 ##### Enforcement
7242 Flag mixed interface and implementation hierarchies.
7244 ### <a name="Rh-using"></a>C.138: Create an overload set for a derived class and its bases with `using`
7246 ##### Reason
7248 Without a using declaration, member functions in the derived class hide the entire inherited overload sets.
7250 ##### Example, bad
7252     #include <iostream>
7253     class B {
7254     public:
7255         virtual int f(int i) { std::cout << "f(int): "; return i; }
7256         virtual double f(double d) { std::cout << "f(double): "; return d; }
7257     };
7258     class D: public B {
7259     public:
7260         int f(int i) override { std::cout << "f(int): "; return i + 1; }
7261     };
7262     int main()
7263     {
7264         D d;
7265         std::cout << d.f(2) << '\n';   // prints "f(int): 3"
7266         std::cout << d.f(2.3) << '\n'; // prints "f(int): 3"
7267     }
7269 ##### Example, good
7271     class D: public B {
7272     public:
7273         int f(int i) override { std::cout << "f(int): "; return i + 1; }
7274         using B::f; // exposes f(double)
7275     };
7277 ##### Note
7279 This issue affects both virtual and nonvirtual member functions
7281 For variadic bases, C++17 introduced a variadic form of the using-declaration,
7283     template <class... Ts>
7284     struct Overloader : Ts... {
7285         using Ts::operator()...; // exposes operator() from every base
7286     };
7288 ##### Enforcement
7290 Diagnose name hiding
7292 ### <a name="Rh-final"></a>C.139: Use `final` sparingly
7294 ##### Reason
7296 Capping a hierarchy with `final` is rarely needed for logical reasons and can be damaging to the extensibility of a hierarchy.
7298 ##### Example, bad
7300     class Widget { /* ... */ };
7302     // nobody will ever want to improve My_widget (or so you thought)
7303     class My_widget final : public Widget { /* ... */ };
7305     class My_improved_widget : public My_widget { /* ... */ };  // error: can't do that
7307 ##### Note
7309 Not every class is meant to be a base class.
7310 Most standard-library classes are examples of that (e.g., `std::vector` and `std::string` are not designed to be derived from).
7311 This rule is about using `final` on classes with virtual functions meant to be interfaces for a class hierarchy.
7313 ##### Note
7315 Capping an individual virtual function with `final` is error-prone as `final` can easily be overlooked when defining/overriding a set of functions.
7316 Fortunately, the compiler catches such mistakes: You cannot re-declare/re-open a `final` member in a derived class.
7318 ##### Note
7320 Claims of performance improvements from `final` should be substantiated.
7321 Too often, such claims are based on conjecture or experience with other languages.
7323 There are examples where `final` can be important for both logical and performance reasons.
7324 One example is a performance-critical AST hierarchy in a compiler or language analysis tool.
7325 New derived classes are not added every year and only by library implementers.
7326 However, misuses are (or at least have been) far more common.
7328 ##### Enforcement
7330 Flag uses of `final`.
7333 ## <a name="Rh-virtual-default-arg"></a>C.140: Do not provide different default arguments for a virtual function and an overrider
7335 ##### Reason
7337 That can cause confusion: An overrider does not inherit default arguments.
7339 ##### Example, bad
7341     class Base {
7342     public:
7343         virtual int multiply(int value, int factor = 2) = 0;
7344     };
7346     class Derived : public Base {
7347     public:
7348         int multiply(int value, int factor = 10) override;
7349     };
7351     Derived d;
7352     Base& b = d;
7354     b.multiply(10);  // these two calls will call the same function but
7355     d.multiply(10);  // with different arguments and so different results
7357 ##### Enforcement
7359 Flag default arguments on virtual functions if they differ between base and derived declarations.
7361 ## C.hier-access: Accessing objects in a hierarchy
7363 ### <a name="Rh-poly"></a>C.145: Access polymorphic objects through pointers and references
7365 ##### Reason
7367 If you have a class with a virtual function, you don't (in general) know which class provided the function to be used.
7369 ##### Example
7371     struct B { int a; virtual int f(); };
7372     struct D : B { int b; int f() override; };
7374     void use(B b)
7375     {
7376         D d;
7377         B b2 = d;   // slice
7378         B b3 = b;
7379     }
7381     void use2()
7382     {
7383         D d;
7384         use(d);   // slice
7385     }
7387 Both `d`s are sliced.
7389 ##### Exception
7391 You can safely access a named polymorphic object in the scope of its definition, just don't slice it.
7393     void use3()
7394     {
7395         D d;
7396         d.f();   // OK
7397     }
7399 ##### Enforcement
7401 Flag all slicing.
7403 ### <a name="Rh-dynamic_cast"></a>C.146: Use `dynamic_cast` where class hierarchy navigation is unavoidable
7405 ##### Reason
7407 `dynamic_cast` is checked at run time.
7409 ##### Example
7411     struct B {   // an interface
7412         virtual void f();
7413         virtual void g();
7414     };
7416     struct D : B {   // a wider interface
7417         void f() override;
7418         virtual void h();
7419     };
7421     void user(B* pb)
7422     {
7423         if (D* pd = dynamic_cast<D*>(pb)) {
7424             // ... use D's interface ...
7425         }
7426         else {
7427             // ... make do with B's interface ...
7428         }
7429     }
7431 Use of the other casts can violate type safety and cause the program to access a variable that is actually of type `X` to be accessed as if it were of an unrelated type `Z`:
7433     void user2(B* pb)   // bad
7434     {
7435         D* pd = static_cast<D*>(pb);    // I know that pb really points to a D; trust me
7436         // ... use D's interface ...
7437     }
7439     void user3(B* pb)    // unsafe
7440     {
7441         if (some_condition) {
7442             D* pd = static_cast<D*>(pb);   // I know that pb really points to a D; trust me
7443             // ... use D's interface ...
7444         }
7445         else {
7446             // ... make do with B's interface ...
7447         }
7448     }
7450     void f()
7451     {
7452         B b;
7453         user(&b);   // OK
7454         user2(&b);  // bad error
7455         user3(&b);  // OK *if* the programmer got the some_condition check right
7456     }
7458 ##### Note
7460 Like other casts, `dynamic_cast` is overused.
7461 [Prefer virtual functions to casting](#Rh-use-virtual).
7462 Prefer [static polymorphism](#???) to hierarchy navigation where it is possible (no run-time resolution necessary)
7463 and reasonably convenient.
7465 ##### Note
7467 Some people use `dynamic_cast` where a `typeid` would have been more appropriate;
7468 `dynamic_cast` is a general "is kind of" operation for discovering the best interface to an object,
7469 whereas `typeid` is a "give me the exact type of this object" operation to discover the actual type of an object.
7470 The latter is an inherently simpler operation that ought to be faster.
7471 The latter (`typeid`) is easily hand-crafted if necessary (e.g., if working on a system where RTTI is -- for some reason -- prohibited),
7472 the former (`dynamic_cast`) is far harder to implement correctly in general.
7474 Consider:
7476     struct B {
7477         const char* name {"B"};
7478         // if pb1->id() == pb2->id() *pb1 is the same type as *pb2
7479         virtual const char* id() const { return name; }
7480         // ...
7481     };
7483     struct D : B {
7484         const char* name {"D"};
7485         const char* id() const override { return name; }
7486         // ...
7487     };
7489     void use()
7490     {
7491         B* pb1 = new B;
7492         B* pb2 = new D;
7494         cout << pb1->id(); // "B"
7495         cout << pb2->id(); // "D"
7498         if (pb1->id() == "D") {         // looks innocent
7499             D* pd = static_cast<D*>(pb1);
7500             // ...
7501         }
7502         // ...
7503     }
7505 The result of `pb2->id() == "D"` is actually implementation defined.
7506 We added it to warn of the dangers of home-brew RTTI.
7507 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.
7509 If you implement your own RTTI, be careful.
7511 ##### Exception
7513 If your implementation provided a really slow `dynamic_cast`, you may have to use a workaround.
7514 However, all workarounds that cannot be statically resolved involve explicit casting (typically `static_cast`) and are error-prone.
7515 You will basically be crafting your own special-purpose `dynamic_cast`.
7516 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)
7517 and that your use of `dynamic_cast` is really performance critical.
7519 We are of the opinion that current implementations of `dynamic_cast` are unnecessarily slow.
7520 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).
7521 However, compatibility makes changes difficult even if all agree that an effort to optimize is worthwhile.
7523 In very rare cases, if you have measured that the `dynamic_cast` overhead is material, you have other means to statically guarantee that a downcast will succeed (e.g., you are using CRTP carefully), and there is no virtual inheritance involved, consider tactically resorting `static_cast` with a prominent comment and disclaimer summarizing this paragraph and that human attention is needed under maintenance because the type system can't verify correctness. Even so, in our experience such "I know what I'm doing" situations are still a known bug source.
7525 ##### Exception
7527 Consider:
7529     template<typename B>
7530     class Dx : B {
7531         // ...
7532     };
7534 ##### Enforcement
7536 * Flag all uses of `static_cast` for downcasts, including C-style casts that perform a `static_cast`.
7537 * This rule is part of the [type-safety profile](#Pro-type-downcast).
7539 ### <a name="Rh-ref-cast"></a>C.147: Use `dynamic_cast` to a reference type when failure to find the required class is considered an error
7541 ##### Reason
7543 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.
7545 ##### Example
7547     ???
7549 ##### Enforcement
7553 ### <a name="Rh-ptr-cast"></a>C.148: Use `dynamic_cast` to a pointer type when failure to find the required class is considered a valid alternative
7555 ##### Reason
7557 The `dynamic_cast` conversion allows to test whether a pointer is pointing at a polymorphic object that has a given class in its hierarchy. Since failure to find the class merely returns a null value, it can be tested during run time. This allows writing code that can choose alternative paths depending on the results.
7559 Contrast with [C.147](#Rh-ptr-cast), where failure is an error, and should not be used for conditional execution.
7561 ##### Example
7563 The example below describes the `add` function of a `Shape_owner` that takes ownership of constructed `Shape` objects. The objects are also sorted into views, according to their geometric attributes.
7564 In this example, `Shape` does not inherit from `Geometric_attributes`. Only its subclasses do.
7566     void add(Shape* const item)
7567     {
7568       // Ownership is always taken
7569       owned_shapes.emplace_back(item);
7571       // Check the Geometric_attributes and add the shape to none/one/some/all of the views
7573       if (auto even = dynamic_cast<Even_sided*>(item))
7574       {
7575         view_of_evens.emplace_back(even);
7576       }
7578       if (auto trisym = dynamic_cast<Trilaterally_symmetrical*>(item))
7579       {
7580         view_of_trisyms.emplace_back(trisym);
7581       }
7582     }
7584 ##### Notes
7586 A failure to find the required class will cause `dynamic_cast` to return a null value, and de-referencing a null-valued pointer will lead to undefined behavior.
7587 Therefore the result of the `dynamic_cast` should always be treated as if it may contain a null value, and tested.
7589 ##### Enforcement
7591 * (Complex) Unless there is a null test on the result of a `dynamic_cast` of a pointer type, warn upon dereference of the pointer.
7593 ### <a name="Rh-smart"></a>C.149: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to avoid forgetting to `delete` objects created using `new`
7595 ##### Reason
7597 Avoid resource leaks.
7599 ##### Example
7601     void use(int i)
7602     {
7603         auto p = new int {7};           // bad: initialize local pointers with new
7604         auto q = make_unique<int>(9);   // ok: guarantee the release of the memory-allocated for 9
7605         if (0 < i) return;              // maybe return and leak
7606         delete p;                       // too late
7607     }
7609 ##### Enforcement
7611 * Flag initialization of a naked pointer with the result of a `new`
7612 * Flag `delete` of local variable
7614 ### <a name="Rh-make_unique"></a>C.150: Use `make_unique()` to construct objects owned by `unique_ptr`s
7616 ##### Reason
7618  `make_unique` gives a more concise statement of the construction.
7619 It also ensures exception safety in complex expressions.
7621 ##### Example
7623     unique_ptr<Foo> p {new<Foo>{7}};   // OK: but repetitive
7625     auto q = make_unique<Foo>(7);      // Better: no repetition of Foo
7627     // Not exception-safe: the compiler may interleave the computations of arguments as follows:
7628     //
7629     // 1. allocate memory for Foo,
7630     // 2. construct Foo,
7631     // 3. call bar,
7632     // 4. construct unique_ptr<Foo>.
7633     //
7634     // If bar throws, Foo will not be destroyed, and the memory-allocated for it will leak.
7635     f(unique_ptr<Foo>(new Foo()), bar());
7637     // Exception-safe: calls to functions are never interleaved.
7638     f(make_unique<Foo>(), bar());
7640 ##### Enforcement
7642 * Flag the repetitive usage of template specialization list `<Foo>`
7643 * Flag variables declared to be `unique_ptr<Foo>`
7645 ### <a name="Rh-make_shared"></a>C.151: Use `make_shared()` to construct objects owned by `shared_ptr`s
7647 ##### Reason
7649  `make_shared` gives a more concise statement of the construction.
7650 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.
7652 ##### Example
7654     void test() {
7655         // OK: but repetitive; and separate allocations for the Bar and shared_ptr's use count
7656         shared_ptr<Bar> p {new<Bar>{7}};
7658         auto q = make_shared<Bar>(7);   // Better: no repetition of Bar; one object
7659     }
7661 ##### Enforcement
7663 * Flag the repetitive usage of template specialization list`<Bar>`
7664 * Flag variables declared to be `shared_ptr<Bar>`
7666 ### <a name="Rh-array"></a>C.152: Never assign a pointer to an array of derived class objects to a pointer to its base
7668 ##### Reason
7670 Subscripting the resulting base pointer will lead to invalid object access and probably to memory corruption.
7672 ##### Example
7674     struct B { int x; };
7675     struct D : B { int y; };
7677     void use(B*);
7679     D a[] = {{1, 2}, {3, 4}, {5, 6}};
7680     B* p = a;     // bad: a decays to &a[0] which is converted to a B*
7681     p[1].x = 7;   // overwrite D[0].y
7683     use(a);       // bad: a decays to &a[0] which is converted to a B*
7685 ##### Enforcement
7687 * Flag all combinations of array decay and base to derived conversions.
7688 * Pass an array as a `span` rather than as a pointer, and don't let the array name suffer a derived-to-base conversion before getting into the `span`
7691 ### <a name="Rh-use-virtual"></a>C.153: Prefer virtual function to casting
7693 ##### Reason
7695 A virtual function call is safe, whereas casting is error-prone.
7696 A virtual function call reaches the most derived function, whereas a cast may reach an intermediate class and therefore
7697 give a wrong result (especially as a hierarchy is modified during maintenance).
7699 ##### Example
7701     ???
7703 ##### Enforcement
7705 See [C.146](#Rh-dynamic_cast) and ???
7707 ## <a name="SS-overload"></a>C.over: Overloading and overloaded operators
7709 You can overload ordinary functions, template functions, and operators.
7710 You cannot overload function objects.
7712 Overload rule summary:
7714 * [C.160: Define operators primarily to mimic conventional usage](#Ro-conventional)
7715 * [C.161: Use nonmember functions for symmetric operators](#Ro-symmetric)
7716 * [C.162: Overload operations that are roughly equivalent](#Ro-equivalent)
7717 * [C.163: Overload only for operations that are roughly equivalent](#Ro-equivalent-2)
7718 * [C.164: Avoid conversion operators](#Ro-conversion)
7719 * [C.165: Use `using` for customization points](#Ro-custom)
7720 * [C.166: Overload unary `&` only as part of a system of smart pointers and references](#Ro-address-of)
7721 * [C.167: Use an operator for an operation with its conventional meaning](#Ro-overload)
7722 * [C.168: Define overloaded operators in the namespace of their operands](#Ro-namespace)
7723 * [C.170: If you feel like overloading a lambda, use a generic lambda](#Ro-lambda)
7725 ### <a name="Ro-conventional"></a>C.160: Define operators primarily to mimic conventional usage
7727 ##### Reason
7729 Minimize surprises.
7731 ##### Example
7733     class X {
7734     public:
7735         // ...
7736         X& operator=(const X&); // member function defining assignment
7737         friend bool operator==(const X&, const X&); // == needs access to representation
7738                                                     // after a = b we have a == b
7739         // ...
7740     };
7742 Here, the conventional semantics is maintained: [Copies compare equal](#SS-copy).
7744 ##### Example, bad
7746     X operator+(X a, X b) { return a.v - b.v; }   // bad: makes + subtract
7748 ##### Note
7750 Nonmember operators should be either friends or defined in [the same namespace as their operands](#Ro-namespace).
7751 [Binary operators should treat their operands equivalently](#Ro-symmetric).
7753 ##### Enforcement
7755 Possibly impossible.
7757 ### <a name="Ro-symmetric"></a>C.161: Use nonmember functions for symmetric operators
7759 ##### Reason
7761 If you use member functions, you need two.
7762 Unless you use a nonmember function for (say) `==`, `a == b` and `b == a` will be subtly different.
7764 ##### Example
7766     bool operator==(Point a, Point b) { return a.x == b.x && a.y == b.y; }
7768 ##### Enforcement
7770 Flag member operator functions.
7772 ### <a name="Ro-equivalent"></a>C.162: Overload operations that are roughly equivalent
7774 ##### Reason
7776 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.
7778 ##### Example
7780 Consider:
7782     void print(int a);
7783     void print(int a, int base);
7784     void print(const string&);
7786 These three functions all print their arguments (appropriately). Conversely:
7788     void print_int(int a);
7789     void print_based(int a, int base);
7790     void print_string(const string&);
7792 These three functions all print their arguments (appropriately). Adding to the name just introduced verbosity and inhibits generic code.
7794 ##### Enforcement
7798 ### <a name="Ro-equivalent-2"></a>C.163: Overload only for operations that are roughly equivalent
7800 ##### Reason
7802 Having the same name for logically different functions is confusing and leads to errors when using generic programming.
7804 ##### Example
7806 Consider:
7808     void open_gate(Gate& g);   // remove obstacle from garage exit lane
7809     void fopen(const char* name, const char* mode);   // open file
7811 The two operations are fundamentally different (and unrelated) so it is good that their names differ. Conversely:
7813     void open(Gate& g);   // remove obstacle from garage exit lane
7814     void open(const char* name, const char* mode ="r");   // open file
7816 The two operations are still fundamentally different (and unrelated) but the names have been reduced to their (common) minimum, opening opportunities for confusion.
7817 Fortunately, the type system will catch many such mistakes.
7819 ##### Note
7821 Be particularly careful about common and popular names, such as `open`, `move`, `+`, and `==`.
7823 ##### Enforcement
7827 ### <a name="Ro-conversion"></a>C.164: Avoid conversion operators
7829 ##### Reason
7831 Implicit conversions can be essential (e.g., `double` to `int`) but often cause surprises (e.g., `String` to C-style string).
7833 ##### Note
7835 Prefer explicitly named conversions until a serious need is demonstrated.
7836 By "serious need" we mean a reason that is fundamental in the application domain (such as an integer to complex number conversion)
7837 and frequently needed. Do not introduce implicit conversions (through conversion operators or non-`explicit` constructors)
7838 just to gain a minor convenience.
7840 ##### Example, bad
7842     class String {   // handle ownership and access to a sequence of characters
7843         // ...
7844         String(czstring p); // copy from *p to *(this->elem)
7845         // ...
7846         operator zstring() { return elem; }
7847         // ...
7848     };
7850     void user(zstring p)
7851     {
7852         if (*p == "") {
7853             String s {"Trouble ahead!"};
7854             // ...
7855             p = s;
7856         }
7857         // use p
7858     }
7860 The string allocated for `s` and assigned to `p` is destroyed before it can be used.
7862 ##### Enforcement
7864 Flag all conversion operators.
7866 ### <a name="Ro-custom"></a>C.165: Use `using` for customization points
7868 ##### Reason
7870 To find function objects and functions defined in a separate namespace to "customize" a common function.
7872 ##### Example
7874 Consider `swap`. It is a general (standard-library) function with a definition that will work for just about any type.
7875 However, it is desirable to define specific `swap()`s for specific types.
7876 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.
7878     namespace N {
7879         My_type X { /* ... */ };
7880         void swap(X&, X&);   // optimized swap for N::X
7881         // ...
7882     }
7884     void f1(N::X& a, N::X& b)
7885     {
7886         std::swap(a, b);   // probably not what we wanted: calls std::swap()
7887     }
7889 The `std::swap()` in `f1()` does exactly what we asked it to do: it calls the `swap()` in namespace `std`.
7890 Unfortunately, that's probably not what we wanted.
7891 How do we get `N::X` considered?
7893     void f2(N::X& a, N::X& b)
7894     {
7895         swap(a, b);   // calls N::swap
7896     }
7898 But that may not be what we wanted for generic code.
7899 There, we typically want the specific function if it exists and the general function if not.
7900 This is done by including the general function in the lookup for the function:
7902     void f3(N::X& a, N::X& b)
7903     {
7904         using std::swap;  // make std::swap available
7905         swap(a, b);        // calls N::swap if it exists, otherwise std::swap
7906     }
7908 ##### Enforcement
7910 Unlikely, except for known customization points, such as `swap`.
7911 The problem is that the unqualified and qualified lookups both have uses.
7913 ### <a name="Ro-address-of"></a>C.166: Overload unary `&` only as part of a system of smart pointers and references
7915 ##### Reason
7917 The `&` operator is fundamental in C++.
7918 Many parts of the C++ semantics assumes its default meaning.
7920 ##### Example
7922     class Ptr { // a somewhat smart pointer
7923         Ptr(X* pp) :p(pp) { /* check */ }
7924         X* operator->() { /* check */ return p; }
7925         X operator[](int i);
7926         X operator*();
7927     private:
7928         T* p;
7929     };
7931     class X {
7932         Ptr operator&() { return Ptr{this}; }
7933         // ...
7934     };
7936 ##### Note
7938 If you "mess with" operator `&` be sure that its definition has matching meanings for `->`, `[]`, `*`, and `.` on the result type.
7939 Note that operator `.` currently cannot be overloaded so a perfect system is impossible.
7940 We hope to remedy that: <http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4477.pdf>.
7941 Note that `std::addressof()` always yields a built-in pointer.
7943 ##### Enforcement
7945 Tricky. Warn if `&` is user-defined without also defining `->` for the result type.
7947 ### <a name="Ro-overload"></a>C.167: Use an operator for an operation with its conventional meaning
7949 ##### Reason
7951 Readability. Convention. Reusability. Support for generic code
7953 ##### Example
7955     void cout_my_class(const My_class& c) // confusing, not conventional,not generic
7956     {
7957         std::cout << /* class members here */;
7958     }
7960     std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const my_class& c) // OK
7961     {
7962         return os << /* class members here */;
7963     }
7965 By itself, `cout_my_class` would be OK, but it is not usable/composable with code that rely on the `<<` convention for output:
7967     My_class var { /* ... */ };
7968     // ...
7969     cout << "var = " << var << '\n';
7971 ##### Note
7973 There are strong and vigorous conventions for the meaning most operators, such as
7975 * comparisons (`==`, `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`),
7976 * arithmetic operations (`+`, `-`, `*`, `/`, and `%`)
7977 * access operations (`.`, `->`, unary `*`, and `[]`)
7978 * assignment (`=`)
7980 Don't define those unconventionally and don't invent your own names for them.
7982 ##### Enforcement
7984 Tricky. Requires semantic insight.
7986 ### <a name="Ro-namespace"></a>C.168: Define overloaded operators in the namespace of their operands
7988 ##### Reason
7990 Readability.
7991 Ability for find operators using ADL.
7992 Avoiding inconsistent definition in different namespaces
7994 ##### Example
7996     struct S { };
7997     bool operator==(S, S);   // OK: in the same namespace as S, and even next to S
7998     S s;
8000     bool x = (s == s);
8002 This is what a default `==` would do, if we had such defaults.
8004 ##### Example
8006     namespace N {
8007         struct S { };
8008         bool operator==(S, S);   // OK: in the same namespace as S, and even next to S
8009     }
8011     N::S s;
8013     bool x = (s == s);  // finds N::operator==() by ADL
8015 ##### Example, bad
8017     struct S { };
8018     S s;
8020     namespace N {
8021         S::operator!(S a) { return true; }
8022         S not_s = !s;
8023     }
8025     namespace M {
8026         S::operator!(S a) { return false; }
8027         S not_s = !s;
8028     }
8030 Here, the meaning of `!s` differs in `N` and `M`.
8031 This can be most confusing.
8032 Remove the definition of `namespace M` and the confusion is replaced by an opportunity to make the mistake.
8034 ##### Note
8036 If a binary operator is defined for two types that are defined in different namespaces, you cannot follow this rule.
8037 For example:
8039     Vec::Vector operator*(const Vec::Vector&, const Mat::Matrix&);
8041 This may be something best avoided.
8043 ##### See also
8045 This is a special case of the rule that [helper functions should be defined in the same namespace as their class](#Rc-helper).
8047 ##### Enforcement
8049 * Flag operator definitions that are not it the namespace of their operands
8051 ### <a name="Ro-lambda"></a>C.170: If you feel like overloading a lambda, use a generic lambda
8053 ##### Reason
8055 You cannot overload by defining two different lambdas with the same name.
8057 ##### Example
8059     void f(int);
8060     void f(double);
8061     auto f = [](char);   // error: cannot overload variable and function
8063     auto g = [](int) { /* ... */ };
8064     auto g = [](double) { /* ... */ };   // error: cannot overload variables
8066     auto h = [](auto) { /* ... */ };   // OK
8068 ##### Enforcement
8070 The compiler catches the attempt to overload a lambda.
8072 ## <a name="SS-union"></a>C.union: Unions
8074 A `union` is a `struct` where all members start at the same address so that it can hold only one member at a time.
8075 A `union` does not keep track of which member is stored so the programmer has to get it right;
8076 this is inherently error-prone, but there are ways to compensate.
8078 A type that is a `union` plus an indicator of which member is currently held is called a *tagged union*, a *discriminated union*, or a *variant*.
8080 Union rule summary:
8082 * [C.180: Use `union`s to save Memory](#Ru-union)
8083 * [C.181: Avoid "naked" `union`s](#Ru-naked)
8084 * [C.182: Use anonymous `union`s to implement tagged unions](#Ru-anonymous)
8085 * [C.183: Don't use a `union` for type punning](#Ru-pun)
8086 * ???
8088 ### <a name="Ru-union"></a>C.180: Use `union`s to save memory
8090 ##### Reason
8092 A `union` allows a single piece of memory to be used for different types of objects at different times.
8093 Consequently, it can be used to save memory when we have several objects that are never used at the same time.
8095 ##### Example
8097     union Value {
8098         int x;
8099         double d;
8100     };
8102     Value v = { 123 };  // now v holds an int
8103     cout << v.x << '\n';    // write 123
8104     v.d = 987.654;  // now v holds a double
8105     cout << v.d << '\n';    // write 987.654
8107 But heed the warning: [Avoid "naked" `union`s](#Ru-naked)
8109 ##### Example
8111     // Short-string optimization
8113     constexpr size_t buffer_size = 16; // Slightly larger than the size of a pointer
8115     class Immutable_string {
8116     public:
8117         Immutable_string(const char* str) :
8118             size(strlen(str))
8119         {
8120             if (size < buffer_size)
8121                 strcpy_s(string_buffer, buffer_size, str);
8122             else {
8123                 string_ptr = new char[size + 1];
8124                 strcpy_s(string_ptr, size + 1, str);
8125             }
8126         }
8128         ~Immutable_string()
8129         {
8130             if (size >= buffer_size)
8131                 delete string_ptr;
8132         }
8134         const char* get_str() const
8135         {
8136             return (size < buffer_size) ? string_buffer : string_ptr;
8137         }
8139     private:
8140         // If the string is short enough, we store the string itself
8141         // instead of a pointer to the string.
8142         union {
8143             char* string_ptr;
8144             char string_buffer[buffer_size];
8145         };
8147         const size_t size;
8148     };
8150 ##### Enforcement
8154 ### <a name="Ru-naked"></a>C.181: Avoid "naked" `union`s
8156 ##### Reason
8158 A *naked union* is a union without an associated indicator which member (if any) it holds,
8159 so that the programmer has to keep track.
8160 Naked unions are a source of type errors.
8162 ##### Example, bad
8164     union Value {
8165         int x;
8166         double d;
8167     };
8169     Value v;
8170     v.d = 987.654;  // v holds a double
8172 So far, so good, but we can easily misuse the `union`:
8174     cout << v.x << '\n';    // BAD, undefined behavior: v holds a double, but we read it as an int
8176 Note that the type error happened without any explicit cast.
8177 When we tested that program the last value printed was `1683627180` which it the integer value for the bit pattern for `987.654`.
8178 What we have here is an "invisible" type error that happens to give a result that could easily look innocent.
8180 And, talking about "invisible", this code produced no output:
8182     v.x = 123;
8183     cout << v.d << '\n';    // BAD: undefined behavior
8185 ##### Alternative
8187 Wrap a `union` in a class together with a type field.
8189 The soon-to-be-standard `variant` type (to be found in `<variant>`) does that for you:
8191     variant<int, double> v;
8192     v = 123;        // v holds an int
8193     int x = get<int>(v);
8194     v = 123.456;    // v holds a double
8195     w = get<double>(v);
8197 ##### Enforcement
8201 ### <a name="Ru-anonymous"></a>C.182: Use anonymous `union`s to implement tagged unions
8203 ##### Reason
8205 A well-designed tagged union is type safe.
8206 An *anonymous* union simplifies the definition of a class with a (tag, union) pair.
8208 ##### Example
8210 This example is mostly borrowed from TC++PL4 pp216-218.
8211 You can look there for an explanation.
8213 The code is somewhat elaborate.
8214 Handling a type with user-defined assignment and destructor is tricky.
8215 Saving programmers from having to write such code is one reason for including `variant` in the standard.
8217     class Value { // two alternative representations represented as a union
8218     private:
8219         enum class Tag { number, text };
8220         Tag type; // discriminant
8222         union { // representation (note: anonymous union)
8223             int i;
8224             string s; // string has default constructor, copy operations, and destructor
8225         };
8226     public:
8227         struct Bad_entry { }; // used for exceptions
8229         ~Value();
8230         Value& operator=(const Value&);   // necessary because of the string variant
8231         Value(const Value&);
8232         // ...
8233         int number() const;
8234         string text() const;
8236         void set_number(int n);
8237         void set_text(const string&);
8238         // ...
8239     };
8241     int Value::number() const
8242     {
8243         if (type != Tag::number) throw Bad_entry{};
8244         return i;
8245     }
8247     string Value::text() const
8248     {
8249         if (type != Tag::text) throw Bad_entry{};
8250         return s;
8251     }
8253     void Value::set_number(int n)
8254     {
8255         if (type == Tag::text) {
8256             s.~string();      // explicitly destroy string
8257             type = Tag::number;
8258         }
8259         i = n;
8260     }
8262     void Value::set_text(const string& ss)
8263     {
8264         if (type == Tag::text)
8265             s = ss;
8266         else {
8267             new(&s) string{ss};   // placement new: explicitly construct string
8268             type = Tag::text;
8269         }
8270     }
8272     Value& Value::operator=(const Value& e)   // necessary because of the string variant
8273     {
8274         if (type == Tag::text && e.type == Tag::text) {
8275             s = e.s;    // usual string assignment
8276             return *this;
8277         }
8279         if (type == Tag::text) s.~string(); // explicit destroy
8281         switch (e.type) {
8282         case Tag::number:
8283             i = e.i;
8284             break;
8285         case Tag::text:
8286             new(&s)(e.s);   // placement new: explicit construct
8287             type = e.type;
8288         }
8290         return *this;
8291     }
8293     Value::~Value()
8294     {
8295         if (type == Tag::text) s.~string(); // explicit destroy
8296     }
8298 ##### Enforcement
8302 ### <a name="Ru-pun"></a>C.183: Don't use a `union` for type punning
8304 ##### Reason
8306 It is undefined behavior to read a `union` member with a different type from the one with which it was written.
8307 Such punning is invisible, or at least harder to spot than using a named cast.
8308 Type punning using a `union` is a source of errors.
8310 ##### Example, bad
8312     union Pun {
8313         int x;
8314         unsigned char c[sizeof(int)];
8315     };
8317 The idea of `Pun` is to be able to look at the character representation of an `int`.
8319     void bad(Pun& u)
8320     {
8321         u.x = 'x';
8322         cout << u.c[0] << '\n';     // undefined behavior
8323     }
8325 If you wanted to see the bytes of an `int`, use a (named) cast:
8327     void if_you_must_pun(int& x)
8328     {
8329         auto p = reinterpret_cast<unsigned char*>(&x);
8330         cout << p[0] << '\n';     // OK; better
8331         // ...
8332     }
8334 Accessing the result of an `reinterpret_cast` to a different type from the objects declared type is defined behavior (even though `reinterpret_cast` is discouraged),
8335 but at least we can see that something tricky is going on.
8337 ##### Note
8339 Unfortunately, `union`s are commonly used for type punning.
8340 We don't consider "sometimes, it works as expected" a strong argument.
8342 C++17 introduced a distinct type `std::byte` to facilitate operations on raw object representation.  Use that type instead of `unsigned char` or `char` for these operations.
8344 ##### Enforcement
8350 # <a name="S-enum"></a>Enum: Enumerations
8352 Enumerations are used to define sets of integer values and for defining types for such sets of values.
8353 There are two kind of enumerations, "plain" `enum`s and `class enum`s.
8355 Enumeration rule summary:
8357 * [Enum.1: Prefer enumerations over macros](#Renum-macro)
8358 * [Enum.2: Use enumerations to represent sets of related named constants](#Renum-set)
8359 * [Enum.3: Prefer `enum class`es over "plain" `enum`s](#Renum-class)
8360 * [Enum.4: Define operations on enumerations for safe and simple use](#Renum-oper)
8361 * [Enum.5: Don't use `ALL_CAPS` for enumerators](#Renum-caps)
8362 * [Enum.6: Avoid unnamed enumerations](#Renum-unnamed)
8363 * [Enum.7: Specify the underlying type of an enumeration only when necessary](#Renum-underlying)
8364 * [Enum.8: Specify enumerator values only when necessary](#Renum-value)
8366 ### <a name="Renum-macro"></a>Enum.1: Prefer enumerations over macros
8368 ##### Reason
8370 Macros do not obey scope and type rules. Also, macro names are removed during preprocessing and so usually don't appear in tools like debuggers.
8372 ##### Example
8374 First some bad old code:
8376     // webcolors.h (third party header)
8377     #define RED   0xFF0000
8378     #define GREEN 0x00FF00
8379     #define BLUE  0x0000FF
8381     // productinfo.h
8382     // The following define product subtypes based on color
8383     #define RED    0
8384     #define PURPLE 1
8385     #define BLUE   2
8387     int webby = BLUE;   // webby == 2; probably not what was desired
8389 Instead use an `enum`:
8391     enum class Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
8392     enum class Product_info { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
8394     int webby = blue;   // error: be specific
8395     Web_color webby = Web_color::blue;
8397 We used an `enum class` to avoid name clashes.
8399 ##### Enforcement
8401 Flag macros that define integer values.
8404 ### <a name="Renum-set"></a>Enum.2: Use enumerations to represent sets of related named constants
8406 ##### Reason
8408 An enumeration shows the enumerators to be related and can be a named type.
8412 ##### Example
8414     enum class Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
8417 ##### Note
8419 Switching on an enumeration is common and the compiler can warn against unusual patterns of case labels. For example:
8421     enum class Product_info { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
8423     void print(Product_info inf)
8424     {
8425         switch (inf) {
8426         case Product_info::red: cout << "red"; break;
8427         case Product_info::purple: cout << "purple"; break;
8428         }
8429     }
8431 Such off-by-one switch`statements are often the results of an added enumerator and insufficient testing.
8433 ##### Enforcement
8435 * Flag `switch`-statements where the `case`s cover most but not all enumerators of an enumeration.
8436 * Flag `switch`-statements where the `case`s cover a few enumerators of an enumeration, but has no `default`.
8439 ### <a name="Renum-class"></a>Enum.3: Prefer class enums over "plain" enums
8441 ##### Reason
8443 To minimize surprises: traditional enums convert to int too readily.
8445 ##### Example
8447     void Print_color(int color);
8449     enum Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
8450     enum Product_info { Red = 0, Purple = 1, Blue = 2 };
8452     Web_color webby = Web_color::blue;
8454     // Clearly at least one of these calls is buggy.
8455     Print_color(webby);
8456     Print_color(Product_info::Blue);
8458 Instead use an `enum class`:
8460     void Print_color(int color);
8462     enum class Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
8463     enum class Product_info { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
8465     Web_color webby = Web_color::blue;
8466     Print_color(webby);  // Error: cannot convert Web_color to int.
8467     Print_color(Product_info::Red);  // Error: cannot convert Product_info to int.
8469 ##### Enforcement
8471 (Simple) Warn on any non-class `enum` definition.
8473 ### <a name="Renum-oper"></a>Enum.4: Define operations on enumerations for safe and simple use
8475 ##### Reason
8477 Convenience of use and avoidance of errors.
8479 ##### Example
8481     enum Day { mon, tue, wed, thu, fri, sat, sun };
8483     Day& operator++(Day& d)
8484     {
8485         return d = (d == Day::sun) ? Day::mon : static_cast<Day>(static_cast<int>(d)+1);
8486     }
8488     Day today = Day::sat;
8489     Day tomorrow = ++today;
8491 The use of a `static_cast` is not pretty, but
8493     Day& operator++(Day& d)
8494     {
8495         return d = (d == Day::sun) ? Day::mon : Day{++d};    // error
8496     }
8498 is an infinite recursion, and writing it without a cast, using a `switch` on all cases is long-winded.
8501 ##### Enforcement
8503 Flag repeated expressions cast back into an enumeration.
8506 ### <a name="Renum-caps"></a>Enum.5: Don't use `ALL_CAPS` for enumerators
8508 ##### Reason
8510 Avoid clashes with macros.
8512 ##### Example, bad
8514      // webcolors.h (third party header)
8515     #define RED   0xFF0000
8516     #define GREEN 0x00FF00
8517     #define BLUE  0x0000FF
8519     // productinfo.h
8520     // The following define product subtypes based on color
8522     enum class Product_info { RED, PURPLE, BLUE };   // syntax error
8524 ##### Enforcement
8526 Flag ALL_CAPS enumerators.
8528 ### <a name="Renum-unnamed"></a>Enum.6: Avoid unnamed enumerations
8530 ##### Reason
8532 If you can't name an enumeration, the values are not related
8534 ##### Example, bad
8536     enum { red = 0xFF0000, scale = 4, is_signed = 1 };
8538 Such code is not uncommon in code written before there were convenient alternative ways of specifying integer constants.
8540 ##### Alternative
8542 Use `constexpr` values instead. For example:
8544     constexpr int red = 0xFF0000;
8545     constexpr short scale = 4;
8546     constexpr bool is_signed = true;
8548 ##### Enforcement
8550 Flag unnamed enumerations.
8553 ### <a name="Renum-underlying"></a>Enum.7: Specify the underlying type of an enumeration only when necessary
8555 ##### Reason
8557 The default is the easiest to read and write.
8558 `int` is the default integer type.
8559 `int` is compatible with C `enum`s.
8561 ##### Example
8563     enum class Direction : char { n, s, e, w,
8564                                   ne, nw, se, sw };  // underlying type saves space
8566     enum class Web_color : int { red   = 0xFF0000,
8567                                  green = 0x00FF00,
8568                                  blue  = 0x0000FF };  // underlying type is redundant
8570 ##### Note
8572 Specifying the underlying type is necessary in forward declarations of enumerations:
8574     enum Flags : char;
8576     void f(Flags);
8578     // ....
8580     enum flags : char { /* ... */ };
8583 ##### Enforcement
8585 ????
8588 ### <a name="Renum-value"></a>Enum.8: Specify enumerator values only when necessary
8590 ##### Reason
8592 It's the simplest.
8593 It avoids duplicate enumerator values.
8594 The default gives a consecutive set of values that is good for `switch`-statement implementations.
8596 ##### Example
8598     enum class Col1 { red, yellow, blue };
8599     enum class Col2 { red = 1, yellow = 2, blue = 2 }; // typo
8600     enum class Month { jan = 1, feb, mar, apr, may, jun,
8601                        jul, august, sep, oct, nov, dec }; // starting with 1 is conventional
8602     enum class Base_flag { dec = 1, oct = dec << 1, hex = dec << 2 }; // set of bits
8604 Specifying values is necessary to match conventional values (e.g., `Month`)
8605 and where consecutive values are undesirable (e.g., to get separate bits as in `Base_flag`).
8607 ##### Enforcement
8609 * Flag duplicate enumerator values
8610 * Flag explicitly specified all-consecutive enumerator values
8613 # <a name="S-resource"></a>R: Resource management
8615 This section contains rules related to resources.
8616 A resource is anything that must be acquired and (explicitly or implicitly) released, such as memory, file handles, sockets, and locks.
8617 The reason it must be released is typically that it can be in short supply, so even delayed release may do harm.
8618 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.
8619 An entity that is responsible for releasing a resource is called an owner.
8621 There are a few cases where leaks can be acceptable or even optimal:
8622 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.
8623 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.
8624 Here, we ignore such cases.
8626 * Resource management rule summary:
8628   * [R.1: Manage resources automatically using resource handles and RAII (Resource Acquisition Is Initialization)](#Rr-raii)
8629   * [R.2: In interfaces, use raw pointers to denote individual objects (only)](#Rr-use-ptr)
8630   * [R.3: A raw pointer (a `T*`) is non-owning](#Rr-ptr)
8631   * [R.4: A raw reference (a `T&`) is non-owning](#Rr-ref)
8632   * [R.5: Prefer scoped objects, don't heap-allocate unnecessarily](#Rr-scoped)
8633   * [R.6: Avoid non-`const` global variables](#Rr-global)
8635 * Allocation and deallocation rule summary:
8637   * [R.10: Avoid `malloc()` and `free()`](#Rr-mallocfree)
8638   * [R.11: Avoid calling `new` and `delete` explicitly](#Rr-newdelete)
8639   * [R.12: Immediately give the result of an explicit resource allocation to a manager object](#Rr-immediate-alloc)
8640   * [R.13: Perform at most one explicit resource allocation in a single expression statement](#Rr-single-alloc)
8641   * [R.14: ??? array vs. pointer parameter](#Rr-ap)
8642   * [R.15: Always overload matched allocation/deallocation pairs](#Rr-pair)
8644 * <a name="Rr-summary-smartptrs"></a>Smart pointer rule summary:
8646   * [R.20: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to represent ownership](#Rr-owner)
8647   * [R.21: Prefer `unique_ptr` over `shared_ptr` unless you need to share ownership](#Rr-unique)
8648   * [R.22: Use `make_shared()` to make `shared_ptr`s](#Rr-make_shared)
8649   * [R.23: Use `make_unique()` to make `unique_ptr`s](#Rr-make_unique)
8650   * [R.24: Use `std::weak_ptr` to break cycles of `shared_ptr`s](#Rr-weak_ptr)
8651   * [R.30: Take smart pointers as parameters only to explicitly express lifetime semantics](#Rr-smartptrparam)
8652   * [R.31: If you have non-`std` smart pointers, follow the basic pattern from `std`](#Rr-smart)
8653   * [R.32: Take a `unique_ptr<widget>` parameter to express that a function assumes ownership of a `widget`](#Rr-uniqueptrparam)
8654   * [R.33: Take a `unique_ptr<widget>&` parameter to express that a function reseats the `widget`](#Rr-reseat)
8655   * [R.34: Take a `shared_ptr<widget>` parameter to express that a function is part owner](#Rr-sharedptrparam-owner)
8656   * [R.35: Take a `shared_ptr<widget>&` parameter to express that a function might reseat the shared pointer](#Rr-sharedptrparam)
8657   * [R.36: Take a `const shared_ptr<widget>&` parameter to express that it might retain a reference count to the object ???](#Rr-sharedptrparam-const)
8658   * [R.37: Do not pass a pointer or reference obtained from an aliased smart pointer](#Rr-smartptrget)
8660 ### <a name="Rr-raii"></a>R.1: Manage resources automatically using resource handles and RAII (Resource Acquisition Is Initialization)
8662 ##### Reason
8664 To avoid leaks and the complexity of manual resource management.
8665 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`.
8666 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.
8668 ##### Example, bad
8670 Consider:
8672     void send(X* x, cstring_span destination)
8673     {
8674         auto port = open_port(destination);
8675         my_mutex.lock();
8676         // ...
8677         send(port, x);
8678         // ...
8679         my_mutex.unlock();
8680         close_port(port);
8681         delete x;
8682     }
8684 In this code, you have to remember to `unlock`, `close_port`, and `delete` on all paths, and do each exactly once.
8685 Further, if any of the code marked `...` throws an exception, then `x` is leaked and `my_mutex` remains locked.
8687 ##### Example
8689 Consider:
8691     void send(unique_ptr<X> x, cstring_span destination)  // x owns the X
8692     {
8693         Port port{destination};            // port owns the PortHandle
8694         lock_guard<mutex> guard{my_mutex}; // guard owns the lock
8695         // ...
8696         send(port, x);
8697         // ...
8698     } // automatically unlocks my_mutex and deletes the pointer in x
8700 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.
8702 What is `Port`? A handy wrapper that encapsulates the resource:
8704     class Port {
8705         PortHandle port;
8706     public:
8707         Port(cstring_span destination) : port{open_port(destination)} { }
8708         ~Port() { close_port(port); }
8709         operator PortHandle() { return port; }
8711         // port handles can't usually be cloned, so disable copying and assignment if necessary
8712         Port(const Port&) = delete;
8713         Port& operator=(const Port&) = delete;
8714     };
8716 ##### Note
8718 Where a resource is "ill-behaved" in that it isn't represented as a class with a destructor, wrap it in a class or use [`finally`](#Re-finally)
8720 **See also**: [RAII](#Rr-raii)
8722 ### <a name="Rr-use-ptr"></a>R.2: In interfaces, use raw pointers to denote individual objects (only)
8724 ##### Reason
8726 Arrays are best represented by a container type (e.g., `vector` (owning)) or a `span` (non-owning).
8727 Such containers and views hold sufficient information to do range checking.
8729 ##### Example, bad
8731     void f(int* p, int n)   // n is the number of elements in p[]
8732     {
8733         // ...
8734         p[2] = 7;   // bad: subscript raw pointer
8735         // ...
8736     }
8738 The compiler does not read comments, and without reading other code you do not know whether `p` really points to `n` elements.
8739 Use a `span` instead.
8741 ##### Example
8743     void g(int* p, int fmt)   // print *p using format #fmt
8744     {
8745         // ... uses *p and p[0] only ...
8746     }
8748 ##### Exception
8750 C-style strings are passed as single pointers to a zero-terminated sequence of characters.
8751 Use `zstring` rather than `char*` to indicate that you rely on that convention.
8753 ##### Note
8755 Many current uses of pointers to a single element could be references.
8756 However, where `nullptr` is a possible value, a reference may not be an reasonable alternative.
8758 ##### Enforcement
8760 * Flag pointer arithmetic (including `++`) on a pointer that is not part of a container, view, or iterator.
8761   This rule would generate a huge number of false positives if applied to an older code base.
8762 * Flag array names passed as simple pointers
8764 ### <a name="Rr-ptr"></a>R.3: A raw pointer (a `T*`) is non-owning
8766 ##### Reason
8768 There is nothing (in the C++ standard or in most code) to say otherwise and most raw pointers are non-owning.
8769 We want owning pointers identified so that we can reliably and efficiently delete the objects pointed to by owning pointers.
8771 ##### Example
8773     void f()
8774     {
8775         int* p1 = new int{7};           // bad: raw owning pointer
8776         auto p2 = make_unique<int>(7);  // OK: the int is owned by a unique pointer
8777         // ...
8778     }
8780 The `unique_ptr` protects against leaks by guaranteeing the deletion of its object (even in the presence of exceptions). The `T*` does not.
8782 ##### Example
8784     template<typename T>
8785     class X {
8786         // ...
8787     public:
8788         T* p;   // bad: it is unclear whether p is owning or not
8789         T* q;   // bad: it is unclear whether q is owning or not
8790     };
8792 We can fix that problem by making ownership explicit:
8794     template<typename T>
8795     class X2 {
8796         // ...
8797     public:
8798         owner<T*> p;  // OK: p is owning
8799         T* q;         // OK: q is not owning
8800     };
8802 ##### Exception
8804 A major class of exception is legacy code, especially code that must remain compilable as C or interface with C and C-style C++ through ABIs.
8805 The fact that there are billions of lines of code that violate this rule against owning `T*`s cannot be ignored.
8806 We'd love to see program transformation tools turning 20-year-old "legacy" code into shiny modern code,
8807 we encourage the development, deployment and use of such tools,
8808 we hope the guidelines will help the development of such tools,
8809 and we even contributed (and contribute) to the research and development in this area.
8810 However, it will take time: "legacy code" is generated faster than we can renovate old code, and so it will be for a few years.
8812 This code cannot all be rewritten (ever assuming good code transformation software), especially not soon.
8813 This problem cannot be solved (at scale) by transforming all owning pointers to `unique_ptr`s and `shared_ptr`s,
8814 partly because we need/use owning "raw pointers" as well as simple pointers in the implementation of our fundamental resource handles.
8815 For example, common `vector` implementations have one owning pointer and two non-owning pointers.
8816 Many ABIs (and essentially all interfaces to C code) use `T*`s, some of them owning.
8817 Some interfaces cannot be simply annotated with `owner` because they need to remain compilable as C
8818 (although this would be a rare good use for a macro, that expands to `owner` in C++ mode only).
8820 ##### Note
8822 `owner<T*>` has no default semantics beyond `T*`. It can be used without changing any code using it and without affecting ABIs.
8823 It is simply a indicator to programmers and analysis tools.
8824 For example, if an `owner<T*>` is a member of a class, that class better have a destructor that `delete`s it.
8826 ##### Example, bad
8828 Returning a (raw) pointer imposes a lifetime management uncertainty on the caller; that is, who deletes the pointed-to object?
8830     Gadget* make_gadget(int n)
8831     {
8832         auto p = new Gadget{n};
8833         // ...
8834         return p;
8835     }
8837     void caller(int n)
8838     {
8839         auto p = make_gadget(n);   // remember to delete p
8840         // ...
8841         delete p;
8842     }
8844 In addition to suffering from the problem from [leak](#???), this adds a spurious allocation and deallocation operation, and is needlessly verbose. If Gadget is cheap to move out of a function (i.e., is small or has an efficient move operation), just return it "by value" (see ["out" return values](#Rf-out)):
8846     Gadget make_gadget(int n)
8847     {
8848         Gadget g{n};
8849         // ...
8850         return g;
8851     }
8853 ##### Note
8855 This rule applies to factory functions.
8857 ##### Note
8859 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."
8861 ##### Enforcement
8863 * (Simple) Warn on `delete` of a raw pointer that is not an `owner<T>`.
8864 * (Moderate) Warn on failure to either `reset` or explicitly `delete` an `owner<T>` pointer on every code path.
8865 * (Simple) Warn if the return value of `new` is assigned to a raw pointer.
8866 * (Simple) Warn if a function returns an object that was allocated within the function but has a move constructor.
8867   Suggest considering returning it by value instead.
8869 ### <a name="Rr-ref"></a>R.4: A raw reference (a `T&`) is non-owning
8871 ##### Reason
8873 There is nothing (in the C++ standard or in most code) to say otherwise and most raw references are non-owning.
8874 We want owners identified so that we can reliably and efficiently delete the objects pointed to by owning pointers.
8876 ##### Example
8878     void f()
8879     {
8880         int& r = *new int{7};  // bad: raw owning reference
8881         // ...
8882         delete &r;             // bad: violated the rule against deleting raw pointers
8883     }
8885 **See also**: [The raw pointer rule](#Rr-ptr)
8887 ##### Enforcement
8889 See [the raw pointer rule](#Rr-ptr)
8891 ### <a name="Rr-scoped"></a>R.5: Prefer scoped objects, don't heap-allocate unnecessarily
8893 ##### Reason
8895 A scoped object is a local object, a global object, or a member.
8896 This implies that there is no separate allocation and deallocation cost in excess of that already used for the containing scope or object.
8897 The members of a scoped object are themselves scoped and the scoped object's constructor and destructor manage the members' lifetimes.
8899 ##### Example
8901 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:
8903     void f(int n)
8904     {
8905         auto p = new Gadget{n};
8906         // ...
8907         delete p;
8908     }
8910 Instead, use a local variable:
8912     void f(int n)
8913     {
8914         Gadget g{n};
8915         // ...
8916     }
8918 ##### Enforcement
8920 * (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.
8921 * (Simple) Warn if a local `Unique_ptr` or `Shared_ptr` is not moved, copied, reassigned or `reset` before its lifetime ends.
8923 ### <a name="Rr-global"></a>R.6: Avoid non-`const` global variables
8925 ##### Reason
8927 Global variables can be accessed from everywhere so they can introduce surprising dependencies between apparently unrelated objects.
8928 They are a notable source of errors.
8930 **Warning**: The initialization of global objects is not totally ordered.
8931 If you use a global object initialize it with a constant.
8932 Note that it is possible to get undefined initialization order even for `const` objects.
8934 ##### Exception
8936 A global object is often better than a singleton.
8938 ##### Exception
8940 An immutable (`const`) global does not introduce the problems we try to avoid by banning global objects.
8942 ##### Enforcement
8944 (??? NM: Obviously we can warn about non-`const` statics ... do we want to?)
8946 ## <a name="SS-alloc"></a>R.alloc: Allocation and deallocation
8948 ### <a name="Rr-mallocfree"></a>R.10: Avoid `malloc()` and `free()`
8950 ##### Reason
8952  `malloc()` and `free()` do not support construction and destruction, and do not mix well with `new` and `delete`.
8954 ##### Example
8956     class Record {
8957         int id;
8958         string name;
8959         // ...
8960     };
8962     void use()
8963     {
8964         // p1 may be nullptr
8965         // *p1 is not initialized; in particular,
8966         // that string isn't a string, but a string-sized bag of bits
8967         Record* p1 = static_cast<Record*>(malloc(sizeof(Record)));
8969         auto p2 = new Record;
8971         // unless an exception is thrown, *p2 is default initialized
8972         auto p3 = new(nothrow) Record;
8973         // p3 may be nullptr; if not, *p3 is default initialized
8975         // ...
8977         delete p1;    // error: cannot delete object allocated by malloc()
8978         free(p2);    // error: cannot free() object allocated by new
8979     }
8981 In some implementations that `delete` and that `free()` might work, or maybe they will cause run-time errors.
8983 ##### Exception
8985 There are applications and sections of code where exceptions are not acceptable.
8986 Some of the best such examples are in life-critical hard-real-time code.
8987 Beware that many bans on exception use are based on superstition (bad)
8988 or by concerns for older code bases with unsystematic resource management (unfortunately, but sometimes necessary).
8989 In such cases, consider the `nothrow` versions of `new`.
8991 ##### Enforcement
8993 Flag explicit use of `malloc` and `free`.
8995 ### <a name="Rr-newdelete"></a>R.11: Avoid calling `new` and `delete` explicitly
8997 ##### Reason
8999 The pointer returned by `new` should belong to a resource handle (that can call `delete`).
9000 If the pointer returned by `new` is assigned to a plain/naked pointer, the object can be leaked.
9002 ##### Note
9004 In a large program, a naked `delete` (that is a `delete` in application code, rather than part of code devoted to resource management)
9005 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?
9006 The bug may be latent: it may emerge only during maintenance.
9007 If you have a naked `new`, you probably need a naked `delete` somewhere, so you probably have a bug.
9009 ##### Enforcement
9011 (Simple) Warn on any explicit use of `new` and `delete`. Suggest using `make_unique` instead.
9013 ### <a name="Rr-immediate-alloc"></a>R.12: Immediately give the result of an explicit resource allocation to a manager object
9015 ##### Reason
9017 If you don't, an exception or a return may lead to a leak.
9019 ##### Example, bad
9021     void f(const string& name)
9022     {
9023         FILE* f = fopen(name, "r");            // open the file
9024         vector<char> buf(1024);
9025         auto _ = finally([f] { fclose(f); });  // remember to close the file
9026         // ...
9027     }
9029 The allocation of `buf` may fail and leak the file handle.
9031 ##### Example
9033     void f(const string& name)
9034     {
9035         ifstream f{name};   // open the file
9036         vector<char> buf(1024);
9037         // ...
9038     }
9040 The use of the file handle (in `ifstream`) is simple, efficient, and safe.
9042 ##### Enforcement
9044 * Flag explicit allocations used to initialize pointers (problem: how many direct resource allocations can we recognize?)
9046 ### <a name="Rr-single-alloc"></a>R.13: Perform at most one explicit resource allocation in a single expression statement
9048 ##### Reason
9050 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.
9052 ##### Example
9054     void fun(shared_ptr<Widget> sp1, shared_ptr<Widget> sp2);
9056 This `fun` can be called like this:
9058     // BAD: potential leak
9059     fun(shared_ptr<Widget>(new Widget(a, b)), shared_ptr<Widget>(new Widget(c, d)));
9061 This is exception-unsafe because the compiler may reorder the two expressions building the function's two arguments.
9062 In particular, the compiler can interleave execution of the two expressions:
9063 Memory allocation (by calling `operator new`) could be done first for both objects, followed by attempts to call the two `Widget` constructors.
9064 If one of the constructor calls throws an exception, then the other object's memory will never be released!
9066 This subtle problem has a simple solution: Never perform more than one explicit resource allocation in a single expression statement.
9067 For example:
9069     shared_ptr<Widget> sp1(new Widget(a, b)); // Better, but messy
9070     fun(sp1, new Widget(c, d));
9072 The best solution is to avoid explicit allocation entirely use factory functions that return owning objects:
9074     fun(make_shared<Widget>(a, b), make_shared<Widget>(c, d)); // Best
9076 Write your own factory wrapper if there is not one already.
9078 ##### Enforcement
9080 * Flag expressions with multiple explicit resource allocations (problem: how many direct resource allocations can we recognize?)
9082 ### <a name="Rr-ap"></a>R.14: ??? array vs. pointer parameter
9084 ##### Reason
9086 An array decays to a pointer, thereby losing its size, opening the opportunity for range errors.
9088 ##### Example
9090     ??? what do we recommend: f(int*[]) or f(int**) ???
9092 **Alternative**: Use `span` to preserve size information.
9094 ##### Enforcement
9096 Flag `[]` parameters.
9098 ### <a name="Rr-pair"></a>R.15: Always overload matched allocation/deallocation pairs
9100 ##### Reason
9102 Otherwise you get mismatched operations and chaos.
9104 ##### Example
9106     class X {
9107         // ...
9108         void* operator new(size_t s);
9109         void operator delete(void*);
9110         // ...
9111     };
9113 ##### Note
9115 If you want memory that cannot be deallocated, `=delete` the deallocation operation.
9116 Don't leave it undeclared.
9118 ##### Enforcement
9120 Flag incomplete pairs.
9122 ## <a name="SS-smart"></a>R.smart: Smart pointers
9124 ### <a name="Rr-owner"></a>R.20: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to represent ownership
9126 ##### Reason
9128 They can prevent resource leaks.
9130 ##### Example
9132 Consider:
9134     void f()
9135     {
9136         X x;
9137         X* p1 { new X };              // see also ???
9138         unique_ptr<T> p2 { new X };   // unique ownership; see also ???
9139         shared_ptr<T> p3 { new X };   // shared ownership; see also ???
9140         auto p4 = make_unique<X>();   // unique_ownership, preferable to the explicit use "new"
9141         auto p5 = make_shared<X>();   // shared ownership, preferable to the explicit use "new"
9142     }
9144 This will leak the object used to initialize `p1` (only).
9146 ##### Enforcement
9148 (Simple) Warn if the return value of `new` or a function call with return value of pointer type is assigned to a raw pointer.
9150 ### <a name="Rr-unique"></a>R.21: Prefer `unique_ptr` over `shared_ptr` unless you need to share ownership
9152 ##### Reason
9154 A `unique_ptr` is conceptually simpler and more predictable (you know when destruction happens) and faster (you don't implicitly maintain a use count).
9156 ##### Example, bad
9158 This needlessly adds and maintains a reference count.
9160     void f()
9161     {
9162         shared_ptr<Base> base = make_shared<Derived>();
9163         // use base locally, without copying it -- refcount never exceeds 1
9164     } // destroy base
9166 ##### Example
9168 This is more efficient:
9170     void f()
9171     {
9172         unique_ptr<Base> base = make_unique<Derived>();
9173         // use base locally
9174     } // destroy base
9176 ##### Enforcement
9178 (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.
9180 ### <a name="Rr-make_shared"></a>R.22: Use `make_shared()` to make `shared_ptr`s
9182 ##### Reason
9184 If you first make an object and then give it to a `shared_ptr` constructor, you (most likely) do one more allocation (and later deallocation) than if you use `make_shared()` because the reference counts must be allocated separately from the object.
9186 ##### Example
9188 Consider:
9190     shared_ptr<X> p1 { new X{2} }; // bad
9191     auto p = make_shared<X>(2);    // good
9193 The `make_shared()` version mentions `X` only once, so it is usually shorter (as well as faster) than the version with the explicit `new`.
9195 ##### Enforcement
9197 (Simple) Warn if a `shared_ptr` is constructed from the result of `new` rather than `make_shared`.
9199 ### <a name="Rr-make_unique"></a>R.23: Use `make_unique()` to make `unique_ptr`s
9201 ##### Reason
9203 For convenience and consistency with `shared_ptr`.
9205 ##### Note
9207 `make_unique()` is C++14, but widely available (as well as simple to write).
9209 ##### Enforcement
9211 (Simple) Warn if a `unique_ptr` is constructed from the result of `new` rather than `make_unique`.
9213 ### <a name="Rr-weak_ptr"></a>R.24: Use `std::weak_ptr` to break cycles of `shared_ptr`s
9215 ##### Reason
9217  `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
9218 be able to destroy a cyclic structure.
9220 ##### Example
9222     #include <memory>
9224     class bar;
9226     class foo
9227     {
9228     public:
9229       explicit foo(const std::shared_ptr<bar>& forward_reference)
9230         : forward_reference_(forward_reference)
9231       { }
9232     private:
9233       std::shared_ptr<bar> forward_reference_;
9234     };
9236     class bar
9237     {
9238     public:
9239       explicit bar(const std::weak_ptr<foo>& back_reference)
9240         : back_reference_(back_reference)
9241       { }
9242       void do_something()
9243       {
9244         if (auto shared_back_reference = back_reference_.lock()) {
9245           // Use *shared_back_reference
9246         }
9247       }
9248     private:
9249       std::weak_ptr<foo> back_reference_;
9250     };
9252 ##### Note
9254  ??? (HS: A lot of people say "to break cycles", while I think "temporary shared ownership" is more to the point.)
9255 ???(BS: breaking cycles is what you must do; temporarily sharing ownership is how you do it.
9256 You could "temporarily share ownership" simply by using another `shared_ptr`.)
9258 ##### Enforcement
9260 ??? probably impossible. If we could statically detect cycles, we wouldn't need `weak_ptr`
9262 ### <a name="Rr-smartptrparam"></a>R.30: Take smart pointers as parameters only to explicitly express lifetime semantics
9264 ##### Reason
9266 Accepting a smart pointer to a `widget` is wrong if the function just needs the `widget` itself.
9267 It should be able to accept any `widget` object, not just ones whose lifetimes are managed by a particular kind of smart pointer.
9268 A function that does not manipulate lifetime should take raw pointers or references instead.
9270 ##### Example, bad
9272     // callee
9273     void f(shared_ptr<widget>& w)
9274     {
9275         // ...
9276         use(*w); // only use of w -- the lifetime is not used at all
9277         // ...
9278     };
9280     // caller
9281     shared_ptr<widget> my_widget = /* ... */;
9282     f(my_widget);
9284     widget stack_widget;
9285     f(stack_widget); // error
9287 ##### Example, good
9289     // callee
9290     void f(widget& w)
9291     {
9292         // ...
9293         use(w);
9294         // ...
9295     };
9297     // caller
9298     shared_ptr<widget> my_widget = /* ... */;
9299     f(*my_widget);
9301     widget stack_widget;
9302     f(stack_widget); // ok -- now this works
9304 ##### Enforcement
9306 * (Simple) Warn if a function takes a parameter of a smart pointer type (that overloads `operator->` or `operator*`) that is copyable but the function only calls any of: `operator*`, `operator->` or `get()`.
9307   Suggest using a `T*` or `T&` instead.
9308 * Flag a parameter of a smart pointer type (a type that overloads `operator->` or `operator*`) that is copyable/movable but never copied/moved from in the function body, and that is never modified, and that is not passed along to another function that could do so. That means the ownership semantics are not used.
9309   Suggest using a `T*` or `T&` instead.
9311 ### <a name="Rr-smart"></a>R.31: If you have non-`std` smart pointers, follow the basic pattern from `std`
9313 ##### Reason
9315 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.
9316 You want the rules to work on all the smart pointers you use.
9318 Any type (including primary template or specialization) that overloads unary `*` and `->` is considered a smart pointer:
9320 * If it is copyable, it is recognized as a reference-counted `shared_ptr`.
9321 * If it is not copyable, it is recognized as a unique `unique_ptr`.
9323 ##### Example
9325     // use Boost's intrusive_ptr
9326     #include <boost/intrusive_ptr.hpp>
9327     void f(boost::intrusive_ptr<widget> p)  // error under rule 'sharedptrparam'
9328     {
9329         p->foo();
9330     }
9332     // use Microsoft's CComPtr
9333     #include <atlbase.h>
9334     void f(CComPtr<widget> p)               // error under rule 'sharedptrparam'
9335     {
9336         p->foo();
9337     }
9339 Both cases are an error under the [`sharedptrparam` guideline](#Rr-smartptrparam):
9340 `p` is a `Shared_ptr`, but nothing about its sharedness is used here and passing it by value is a silent pessimization;
9341 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&`.
9342 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.
9344 ### <a name="Rr-uniqueptrparam"></a>R.32: Take a `unique_ptr<widget>` parameter to express that a function assumes ownership of a `widget`
9346 ##### Reason
9348 Using `unique_ptr` in this way both documents and enforces the function call's ownership transfer.
9350 ##### Example
9352     void sink(unique_ptr<widget>); // takes ownership of the widget
9354     void uses(widget*);            // just uses the widget
9356 ##### Example, bad
9358     void thinko(const unique_ptr<widget>&); // usually not what you want
9360 ##### Enforcement
9362 * (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.
9363 * (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.
9365 ### <a name="Rr-reseat"></a>R.33: Take a `unique_ptr<widget>&` parameter to express that a function reseats the`widget`
9367 ##### Reason
9369 Using `unique_ptr` in this way both documents and enforces the function call's reseating semantics.
9371 ##### Note
9373 "reseat" means "making a pointer or a smart pointer refer to a different object."
9375 ##### Example
9377     void reseat(unique_ptr<widget>&); // "will" or "might" reseat pointer
9379 ##### Example, bad
9381     void thinko(const unique_ptr<widget>&); // usually not what you want
9383 ##### Enforcement
9385 * (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.
9386 * (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.
9388 ### <a name="Rr-sharedptrparam-owner"></a>R.34: Take a `shared_ptr<widget>` parameter to express that a function is part owner
9390 ##### Reason
9392 This makes the function's ownership sharing explicit.
9394 ##### Example, good
9396     void share(shared_ptr<widget>);            // share -- "will" retain refcount
9398     void may_share(const shared_ptr<widget>&); // "might" retain refcount
9400     void reseat(shared_ptr<widget>&);          // "might" reseat ptr
9402 ##### Enforcement
9404 * (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.
9405 * (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.
9406 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_ptr<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
9408 ### <a name="Rr-sharedptrparam"></a>R.35: Take a `shared_ptr<widget>&` parameter to express that a function might reseat the shared pointer
9410 ##### Reason
9412 This makes the function's reseating explicit.
9414 ##### Note
9416 "reseat" means "making a reference or a smart pointer refer to a different object."
9418 ##### Example, good
9420     void share(shared_ptr<widget>);            // share -- "will" retain refcount
9422     void reseat(shared_ptr<widget>&);          // "might" reseat ptr
9424     void may_share(const shared_ptr<widget>&); // "might" retain refcount
9426 ##### Enforcement
9428 * (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.
9429 * (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.
9430 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_ptr<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
9432 ### <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 ???
9434 ##### Reason
9436 This makes the function's ??? explicit.
9438 ##### Example, good
9440     void share(shared_ptr<widget>);            // share -- "will" retain refcount
9442     void reseat(shared_ptr<widget>&);          // "might" reseat ptr
9444     void may_share(const shared_ptr<widget>&); // "might" retain refcount
9446 ##### Enforcement
9448 * (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.
9449 * (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.
9450 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_ptr<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
9452 ### <a name="Rr-smartptrget"></a>R.37: Do not pass a pointer or reference obtained from an aliased smart pointer
9454 ##### Reason
9456 Violating this rule is the number one cause of losing reference counts and finding yourself with a dangling pointer.
9457 Functions should prefer to pass raw pointers and references down call chains.
9458 At the top of the call tree where you obtain the raw pointer or reference from a smart pointer that keeps the object alive.
9459 You need to be sure that the smart pointer cannot inadvertently be reset or reassigned from within the call tree below.
9461 ##### Note
9463 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.
9465 ##### Example
9467 Consider this code:
9469     // global (static or heap), or aliased local ...
9470     shared_ptr<widget> g_p = ...;
9472     void f(widget& w)
9473     {
9474         g();
9475         use(w);  // A
9476     }
9478     void g()
9479     {
9480         g_p = ...; // oops, if this was the last shared_ptr to that widget, destroys the widget
9481     }
9483 The following should not pass code review:
9485     void my_code()
9486     {
9487         // BAD: passing pointer or reference obtained from a nonlocal smart pointer
9488         //      that could be inadvertently reset somewhere inside f or it callees
9489         f(*g_p);
9491         // BAD: same reason, just passing it as a "this" pointer
9492          g_p->func();
9493     }
9495 The fix is simple -- take a local copy of the pointer to "keep a ref count" for your call tree:
9497     void my_code()
9498     {
9499         // cheap: 1 increment covers this entire function and all the call trees below us
9500         auto pin = g_p;
9502         // GOOD: passing pointer or reference obtained from a local unaliased smart pointer
9503         f(*pin);
9505         // GOOD: same reason
9506         pin->func();
9507     }
9509 ##### Enforcement
9511 * (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.
9513 # <a name="S-expr"></a>ES: Expressions and statements
9515 Expressions and statements are the lowest and most direct way of expressing actions and computation. Declarations in local scopes are statements.
9517 For naming, commenting, and indentation rules, see [NL: Naming and layout](#S-naming).
9519 General rules:
9521 * [ES.1: Prefer the standard library to other libraries and to "handcrafted code"](#Res-lib)
9522 * [ES.2: Prefer suitable abstractions to direct use of language features](#Res-abstr)
9524 Declaration rules:
9526 * [ES.5: Keep scopes small](#Res-scope)
9527 * [ES.6: Declare names in for-statement initializers and conditions to limit scope](#Res-cond)
9528 * [ES.7: Keep common and local names short, and keep uncommon and nonlocal names longer](#Res-name-length)
9529 * [ES.8: Avoid similar-looking names](#Res-name-similar)
9530 * [ES.9: Avoid `ALL_CAPS` names](#Res-not-CAPS)
9531 * [ES.10: Declare one name (only) per declaration](#Res-name-one)
9532 * [ES.11: Use `auto` to avoid redundant repetition of type names](#Res-auto)
9533 * [ES.12: Do not reuse names in nested scopes](#Res-reuse)
9534 * [ES.20: Always initialize an object](#Res-always)
9535 * [ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it](#Res-introduce)
9536 * [ES.22: Don't declare a variable until you have a value to initialize it with](#Res-init)
9537 * [ES.23: Prefer the `{}`-initializer syntax](#Res-list)
9538 * [ES.24: Use a `unique_ptr<T>` to hold pointers](#Res-unique)
9539 * [ES.25: Declare an object `const` or `constexpr` unless you want to modify its value later on](#Res-const)
9540 * [ES.26: Don't use a variable for two unrelated purposes](#Res-recycle)
9541 * [ES.27: Use `std::array` or `stack_array` for arrays on the stack](#Res-stack)
9542 * [ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables](#Res-lambda-init)
9543 * [ES.30: Don't use macros for program text manipulation](#Res-macros)
9544 * [ES.31: Don't use macros for constants or "functions"](#Res-macros2)
9545 * [ES.32: Use `ALL_CAPS` for all macro names](#Res-ALL_CAPS)
9546 * [ES.33: If you must use macros, give them unique names](#Res-MACROS)
9547 * [ES.34: Don't define a (C-style) variadic function](#Res-ellipses)
9549 Expression rules:
9551 * [ES.40: Avoid complicated expressions](#Res-complicated)
9552 * [ES.41: If in doubt about operator precedence, parenthesize](#Res-parens)
9553 * [ES.42: Keep use of pointers simple and straightforward](#Res-ptr)
9554 * [ES.43: Avoid expressions with undefined order of evaluation](#Res-order)
9555 * [ES.44: Don't depend on order of evaluation of function arguments](#Res-order-fct)
9556 * [ES.45: Avoid "magic constants"; use symbolic constants](#Res-magic)
9557 * [ES.46: Avoid narrowing conversions](#Res-narrowing)
9558 * [ES.47: Use `nullptr` rather than `0` or `NULL`](#Res-nullptr)
9559 * [ES.48: Avoid casts](#Res-casts)
9560 * [ES.49: If you must use a cast, use a named cast](#Res-casts-named)
9561 * [ES.50: Don't cast away `const`](#Res-casts-const)
9562 * [ES.55: Avoid the need for range checking](#Res-range-checking)
9563 * [ES.56: Write `std::move()` only when you need to explicitly move an object to another scope](#Res-move)
9564 * [ES.60: Avoid `new` and `delete` outside resource management functions](#Res-new)
9565 * [ES.61: Delete arrays using `delete[]` and non-arrays using `delete`](#Res-del)
9566 * [ES.62: Don't compare pointers into different arrays](#Res-arr2)
9567 * [ES.63: Don't slice](#Res-slice)
9568 * [ES.64: Use the `T{e}`notation for construction](#Res-construct)
9569 * [ES.65: Don't dereference an invalid pointer](#Res-deref)
9571 Statement rules:
9573 * [ES.70: Prefer a `switch`-statement to an `if`-statement when there is a choice](#Res-switch-if)
9574 * [ES.71: Prefer a range-`for`-statement to a `for`-statement when there is a choice](#Res-for-range)
9575 * [ES.72: Prefer a `for`-statement to a `while`-statement when there is an obvious loop variable](#Res-for-while)
9576 * [ES.73: Prefer a `while`-statement to a `for`-statement when there is no obvious loop variable](#Res-while-for)
9577 * [ES.74: Prefer to declare a loop variable in the initializer part of a `for`-statement](#Res-for-init)
9578 * [ES.75: Avoid `do`-statements](#Res-do)
9579 * [ES.76: Avoid `goto`](#Res-goto)
9580 * [ES.77: Minimize the use of `break` and `continue` in loops](#Res-continue)
9581 * [ES.78: Always end a non-empty `case` with a `break`](#Res-break)
9582 * [ES.79: Use `default` to handle common cases (only)](#Res-default)
9583 * [ES.84: Don't (try to) declare a local variable with no name](#Res-noname)
9584 * [ES.85: Make empty statements visible](#Res-empty)
9585 * [ES.86: Avoid modifying loop control variables inside the body of raw for-loops](#Res-loop-counter)
9586 * [ES.87: Don't add redundant `==` or `!=` to conditions](#Res-if)
9588 Arithmetic rules:
9590 * [ES.100: Don't mix signed and unsigned arithmetic](#Res-mix)
9591 * [ES.101: Use unsigned types for bit manipulation](#Res-unsigned)
9592 * [ES.102: Use signed types for arithmetic](#Res-signed)
9593 * [ES.103: Don't overflow](#Res-overflow)
9594 * [ES.104: Don't underflow](#Res-underflow)
9595 * [ES.105: Don't divide by zero](#Res-zero)
9596 * [ES.106: Don't try to avoid negative values by using `unsigned`](#Res-nonnegative)
9597 * [ES.107: Don't use `unsigned` for subscripts, prefer `gsl::index`](#Res-subscripts)
9599 ### <a name="Res-lib"></a>ES.1: Prefer the standard library to other libraries and to "handcrafted code"
9601 ##### Reason
9603 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.
9604 The ISO C++ Standard Library is among the most widely known and best tested libraries.
9605 It is available as part of all C++ Implementations.
9607 ##### Example
9609     auto sum = accumulate(begin(a), end(a), 0.0);   // good
9611 a range version of `accumulate` would be even better:
9613     auto sum = accumulate(v, 0.0); // better
9615 but don't hand-code a well-known algorithm:
9617     int max = v.size();   // bad: verbose, purpose unstated
9618     double sum = 0.0;
9619     for (int i = 0; i < max; ++i)
9620         sum = sum + v[i];
9622 ##### Exception
9624 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.
9626 ##### Enforcement
9628 Not easy. ??? Look for messy loops, nested loops, long functions, absence of function calls, lack of use of non-built-in types. Cyclomatic complexity?
9630 ### <a name="Res-abstr"></a>ES.2: Prefer suitable abstractions to direct use of language features
9632 ##### Reason
9634 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.
9636 ##### Example
9638     vector<string> read1(istream& is)   // good
9639     {
9640         vector<string> res;
9641         for (string s; is >> s;)
9642             res.push_back(s);
9643         return res;
9644     }
9646 The more traditional and lower-level near-equivalent is longer, messier, harder to get right, and most likely slower:
9648     char** read2(istream& is, int maxelem, int maxstring, int* nread)   // bad: verbose and incomplete
9649     {
9650         auto res = new char*[maxelem];
9651         int elemcount = 0;
9652         while (is && elemcount < maxelem) {
9653             auto s = new char[maxstring];
9654             is.read(s, maxstring);
9655             res[elemcount++] = s;
9656         }
9657         nread = &elemcount;
9658         return res;
9659     }
9661 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.
9663 ##### Enforcement
9665 Not easy. ??? Look for messy loops, nested loops, long functions, absence of function calls, lack of use of non-built-in types. Cyclomatic complexity?
9667 ## ES.dcl: Declarations
9669 A declaration is a statement. A declaration introduces a name into a scope and may cause the construction of a named object.
9671 ### <a name="Res-scope"></a>ES.5: Keep scopes small
9673 ##### Reason
9675 Readability. Minimize resource retention. Avoid accidental misuse of value.
9677 **Alternative formulation**: Don't declare a name in an unnecessarily large scope.
9679 ##### Example
9681     void use()
9682     {
9683         int i;    // bad: i is needlessly accessible after loop
9684         for (i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }
9685         // no intended use of i here
9686         for (int i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }  // good: i is local to for-loop
9688         if (auto pc = dynamic_cast<Circle*>(ps)) {  // good: pc is local to if-statement
9689             // ... deal with Circle ...
9690         }
9691         else {
9692             // ... handle error ...
9693         }
9694     }
9696 ##### Example, bad
9698     void use(const string& name)
9699     {
9700         string fn = name + ".txt";
9701         ifstream is {fn};
9702         Record r;
9703         is >> r;
9704         // ... 200 lines of code without intended use of fn or is ...
9705     }
9707 This function is by most measure too long anyway, but the point is that the resources used by `fn` and the file handle held by `is`
9708 are retained for much longer than needed and that unanticipated use of `is` and `fn` could happen later in the function.
9709 In this case, it might be a good idea to factor out the read:
9711     Record load_record(const string& name)
9712     {
9713         string fn = name + ".txt";
9714         ifstream is {fn};
9715         Record r;
9716         is >> r;
9717         return r;
9718     }
9720     void use(const string& name)
9721     {
9722         Record r = load_record(name);
9723         // ... 200 lines of code ...
9724     }
9726 ##### Enforcement
9728 * Flag loop variable declared outside a loop and not used after the loop
9729 * Flag when expensive resources, such as file handles and locks are not used for N-lines (for some suitable N)
9731 ### <a name="Res-cond"></a>ES.6: Declare names in for-statement initializers and conditions to limit scope
9733 ##### Reason
9735 Readability. Minimize resource retention.
9737 ##### Example
9739     void use()
9740     {
9741         for (string s; cin >> s;)
9742             v.push_back(s);
9744         for (int i = 0; i < 20; ++i) {   // good: i is local to for-loop
9745             // ...
9746         }
9748         if (auto pc = dynamic_cast<Circle*>(ps)) {   // good: pc is local to if-statement
9749             // ... deal with Circle ...
9750         }
9751         else {
9752             // ... handle error ...
9753         }
9754     }
9756 ##### Enforcement
9758 * Flag loop variables declared before the loop and not used after the loop
9759 * (hard) Flag loop variables declared before the loop and used after the loop for an unrelated purpose.
9761 ##### C++17 example
9763 Note: C++17 also adds `if` and `switch` initializer statements. These require C++17 support.
9765     map<int, string> mymap;
9767     if (auto result = mymap.insert(value); result.second) {
9768         // insert succeeded, and result is valid for this block
9769         use(result.first);  // ok
9770         // ...
9771     } // result is destroyed here
9773 ##### C++17 enforcement (if using a C++17 compiler)
9775 * Flag selection/loop variables declared before the body and not used after the body
9776 * (hard) Flag selection/loop variables declared before the body and used after the body for an unrelated purpose.
9780 ### <a name="Res-name-length"></a>ES.7: Keep common and local names short, and keep uncommon and nonlocal names longer
9782 ##### Reason
9784 Readability. Lowering the chance of clashes between unrelated non-local names.
9786 ##### Example
9788 Conventional short, local names increase readability:
9790     template<typename T>    // good
9791     void print(ostream& os, const vector<T>& v)
9792     {
9793         for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i)
9794             os << v[i] << '\n';
9795     }
9797 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
9799     template<typename Element_type>   // bad: verbose, hard to read
9800     void print(ostream& target_stream, const vector<Element_type>& current_vector)
9801     {
9802         for (gsl::index current_element_index = 0;
9803              current_element_index < current_vector.size();
9804              ++current_element_index
9805         )
9806         target_stream << current_vector[current_element_index] << '\n';
9807     }
9809 Yes, it is a caricature, but we have seen worse.
9811 ##### Example
9813 Unconventional and short non-local names obscure code:
9815     void use1(const string& s)
9816     {
9817         // ...
9818         tt(s);   // bad: what is tt()?
9819         // ...
9820     }
9822 Better, give non-local entities readable names:
9824     void use1(const string& s)
9825     {
9826         // ...
9827         trim_tail(s);   // better
9828         // ...
9829     }
9831 Here, there is a chance that the reader knows what `trim_tail` means and that the reader can remember it after looking it up.
9833 ##### Example, bad
9835 Argument names of large functions are de facto non-local and should be meaningful:
9837     void complicated_algorithm(vector<Record>& vr, const vector<int>& vi, map<string, int>& out)
9838     // read from events in vr (marking used Records) for the indices in
9839     // vi placing (name, index) pairs into out
9840     {
9841         // ... 500 lines of code using vr, vi, and out ...
9842     }
9844 We recommend keeping functions short, but that rule isn't universally adhered to and naming should reflect that.
9846 ##### Enforcement
9848 Check length of local and non-local names. Also take function length into account.
9850 ### <a name="Res-name-similar"></a>ES.8: Avoid similar-looking names
9852 ##### Reason
9854 Code clarity and readability. Too-similar names slow down comprehension and increase the likelihood of error.
9856 ##### Example; bad
9858     if (readable(i1 + l1 + ol + o1 + o0 + ol + o1 + I0 + l0)) surprise();
9860 ##### Example; bad
9862 Do not declare a non-type with the same name as a type in the same scope. This removes the need to disambiguate with a keyword such as `struct` or `enum`. It also removes a source of errors, as `struct X` can implicitly declare `X` if lookup fails.
9864     struct foo { int n; };
9865     struct foo foo();       // BAD, foo is a type already in scope
9866     struct foo x = foo();   // requires disambiguation
9868 ##### Exception
9870 Antique header files might declare non-types and types with the same name in the same scope.
9872 ##### Enforcement
9874 * Check names against a list of known confusing letter and digit combinations.
9875 * Flag a declaration of a variable, function, or enumerator that hides a class or enumeration declared in the same scope.
9877 ### <a name="Res-not-CAPS"></a>ES.9: Avoid `ALL_CAPS` names
9879 ##### Reason
9881 Such names are commonly used for macros. Thus, `ALL_CAPS` name are vulnerable to unintended macro substitution.
9883 ##### Example
9885     // somewhere in some header:
9886     #define NE !=
9888     // somewhere else in some other header:
9889     enum Coord { N, NE, NW, S, SE, SW, E, W };
9891     // somewhere third in some poor programmer's .cpp:
9892     switch (direction) {
9893     case N:
9894         // ...
9895     case NE:
9896         // ...
9897     // ...
9898     }
9900 ##### Note
9902 Do not use `ALL_CAPS` for constants just because constants used to be macros.
9904 ##### Enforcement
9906 Flag all uses of ALL CAPS. For older code, accept ALL CAPS for macro names and flag all non-ALL-CAPS macro names.
9908 ### <a name="Res-name-one"></a>ES.10: Declare one name (only) per declaration
9910 ##### Reason
9912 One-declaration-per line increases readability and avoids mistakes related to
9913 the C/C++ grammar. It also leaves room for a more descriptive end-of-line
9914 comment.
9916 ##### Example, bad
9918     char *p, c, a[7], *pp[7], **aa[10];   // yuck!
9920 ##### Exception
9922 A function declaration can contain several function argument declarations.
9924 ##### Exception
9926 A structured binding (C++17) is specifically designed to introduce several variables:
9928     auto [iter, inserted] = m.insert_or_assign(k, val);
9929     if (inserted) { /* new entry was inserted */ }
9931 ##### Example
9933     template <class InputIterator, class Predicate>
9934     bool any_of(InputIterator first, InputIterator last, Predicate pred);
9936 or better using concepts:
9938     bool any_of(InputIterator first, InputIterator last, Predicate pred);
9940 ##### Example
9942     double scalbn(double x, int n);   // OK: x * pow(FLT_RADIX, n); FLT_RADIX is usually 2
9946     double scalbn(    // better: x * pow(FLT_RADIX, n); FLT_RADIX is usually 2
9947         double x,     // base value
9948         int n         // exponent
9949     );
9953     // better: base * pow(FLT_RADIX, exponent); FLT_RADIX is usually 2
9954     double scalbn(double base, int exponent);
9956 ##### Example
9958     int a = 7, b = 9, c, d = 10, e = 3;
9960 In a long list of declarators is is easy to overlook an uninitialized variable.
9962 ##### Enforcement
9964 Flag variable and constant declarations with multiple declarators (e.g., `int* p, q;`)
9966 ### <a name="Res-auto"></a>ES.11: Use `auto` to avoid redundant repetition of type names
9968 ##### Reason
9970 * Simple repetition is tedious and error-prone.
9971 * When you use `auto`, the name of the declared entity is in a fixed position in the declaration, increasing readability.
9972 * In a template function declaration the return type can be a member type.
9974 ##### Example
9976 Consider:
9978     auto p = v.begin();   // vector<int>::iterator
9979     auto h = t.future();
9980     auto q = make_unique<int[]>(s);
9981     auto f = [](int x){ return x + 10; };
9983 In each case, we save writing a longish, hard-to-remember type that the compiler already knows but a programmer could get wrong.
9985 ##### Example
9987     template<class T>
9988     auto Container<T>::first() -> Iterator;   // Container<T>::Iterator
9990 ##### Exception
9992 Avoid `auto` for initializer lists and in cases where you know exactly which type you want and where an initializer might require conversion.
9994 ##### Example
9996     auto lst = { 1, 2, 3 };   // lst is an initializer list
9997     auto x{1};   // x is an int (after correction of the C++14 standard; initializer_list in C++11)
9999 ##### Note
10001 When concepts become available, we can (and should) be more specific about the type we are deducing:
10003     // ...
10004     ForwardIterator p = algo(x, y, z);
10006 ##### Example (C++17)
10008     auto [ quotient, remainder ] = div(123456, 73);   // break out the members of the div_t result
10010 ##### Enforcement
10012 Flag redundant repetition of type names in a declaration.
10014 ### <a name="Res-reuse"></a>ES.12: Do not reuse names in nested scopes
10016 ##### Reason
10018 It is easy to get confused about which variable is used.
10019 Can cause maintenance problems.
10021 ##### Example, bad
10023     int d = 0;
10024     // ...
10025     if (cond) {
10026         // ...
10027         d = 9;
10028         // ...
10029     }
10030     else {
10031         // ...
10032         int d = 7;
10033         // ...
10034         d = value_to_be_returned;
10035         // ...
10036     }
10038     return d;
10040 If this is a large `if`-statement, it is easy to overlook that a new `d` has been introduced in the inner scope.
10041 This is a known source of bugs.
10042 Sometimes such reuse of a name in an inner scope is called "shadowing".
10044 ##### Note
10046 Shadowing is primarily a problem when functions are too large and too complex.
10048 ##### Example
10050 Shadowing of function arguments in the outermost block is disallowed by the language:
10052     void f(int x)
10053     {
10054         int x = 4;  // error: reuse of function argument name
10056         if (x) {
10057             int x = 7;  // allowed, but bad
10058             // ...
10059         }
10060     }
10062 ##### Example, bad
10064 Reuse of a member name as a local variable can also be a problem:
10066     struct S {
10067         int m;
10068         void f(int x);
10069     };
10071     void S::f(int x)
10072     {
10073         m = 7;    // assign to member
10074         if (x) {
10075             int m = 9;
10076             // ...
10077             m = 99; // assign to member
10078             // ...
10079         }
10080     }
10082 ##### Exception
10084 We often reuse function names from a base class in a derived class:
10086     struct B {
10087         void f(int);
10088     };
10090     struct D : B {
10091         void f(double);
10092         using B::f;
10093     };
10095 This is error-prone.
10096 For example, had we forgotten the using declaration, a call `d.f(1)` would not have found the `int` version of `f`.
10098 ??? Do we need a specific rule about shadowing/hiding in class hierarchies?
10100 ##### Enforcement
10102 * Flag reuse of a name in nested local scopes
10103 * Flag reuse of a member name as a local variable in a member function
10104 * Flag reuse of a global name as a local variable or a member name
10105 * Flag reuse of a base class member name in a derived class (except for function names)
10107 ### <a name="Res-always"></a>ES.20: Always initialize an object
10109 ##### Reason
10111 Avoid used-before-set errors and their associated undefined behavior.
10112 Avoid problems with comprehension of complex initialization.
10113 Simplify refactoring.
10115 ##### Example
10117     void use(int arg)
10118     {
10119         int i;   // bad: uninitialized variable
10120         // ...
10121         i = 7;   // initialize i
10122     }
10124 No, `i = 7` does not initialize `i`; it assigns to it. Also, `i` can be read in the `...` part. Better:
10126     void use(int arg)   // OK
10127     {
10128         int i = 7;   // OK: initialized
10129         string s;    // OK: default initialized
10130         // ...
10131     }
10133 ##### Note
10135 The *always initialize* rule is deliberately stronger than the *an object must be set before used* language rule.
10136 The latter, more relaxed rule, catches the technical bugs, but:
10138 * It leads to less readable code
10139 * It encourages people to declare names in greater than necessary scopes
10140 * It leads to harder to read code
10141 * It leads to logic bugs by encouraging complex code
10142 * It hampers refactoring
10144 The *always initialize* rule is a style rule aimed to improve maintainability as well as a rule protecting against used-before-set errors.
10146 ##### Example
10148 Here is an example that is often considered to demonstrate the need for a more relaxed rule for initialization
10150     widget i;    // "widget" a type that's expensive to initialize, possibly a large POD
10151     widget j;
10153     if (cond) {  // bad: i and j are initialized "late"
10154         i = f1();
10155         j = f2();
10156     }
10157     else {
10158         i = f3();
10159         j = f4();
10160     }
10162 This cannot trivially be rewritten to initialize `i` and `j` with initializers.
10163 Note that for types with a default constructor, attempting to postpone initialization simply leads to a default initialization followed by an assignment.
10164 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.
10166 Assuming that there is a logical connection between `i` and `j`, that connection should probably be expressed in code:
10168     pair<widget, widget> make_related_widgets(bool x)
10169     {
10170         return (x) ? {f1(), f2()} : {f3(), f4() };
10171     }
10173     auto [i, j] = make_related_widgets(cond);    // C++17
10175 ##### Note
10177 Complex initialization has been popular with clever programmers for decades.
10178 It has also been a major source of errors and complexity.
10179 Many such errors are introduced during maintenance years after the initial implementation.
10181 ##### Example
10183 This rule covers member variables.
10185     class X {
10186     public:
10187         X(int i, int ci) : m2{i}, cm2{ci} {}
10188         // ...
10190     private:
10191         int m1 = 7;
10192         int m2;
10193         int m3;
10195         const int cm1 = 7;
10196         const int cm2;
10197         const int cm3;
10198     };
10200 The compiler will flag the uninitialized `cm3` because it is a `const`, but it will not catch the lack of initialization of `m3`.
10201 Usually, a rare spurious member initialization is worth the absence of errors from lack of initialization and often an optimizer
10202 can eliminate a redundant initialization (e.g., an initialization that occurs immediately before an assignment).
10204 ##### Exception
10206 If you are declaring an object that is just about to be initialized from input, initializing it would cause a double initialization.
10207 However, beware that this may leave uninitialized data beyond the input -- and that has been a fertile source of errors and security breaches:
10209     constexpr int max = 8 * 1024;
10210     int buf[max];         // OK, but suspicious: uninitialized
10211     f.read(buf, max);
10213 The cost of initializing that array could be significant in some situations.
10214 However, such examples do tend to leave uninitialized variables accessible, so they should be treated with suspicion.
10216     constexpr int max = 8 * 1024;
10217     int buf[max] = {};   // zero all elements; better in some situations
10218     f.read(buf, max);
10220 When feasible use a library function that is known not to overflow. For example:
10222     string s;   // s is default initialized to ""
10223     cin >> s;   // s expands to hold the string
10225 Don't consider simple variables that are targets for input operations exceptions to this rule:
10227     int i;   // bad
10228     // ...
10229     cin >> i;
10231 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.
10233     int i2 = 0;   // better
10234     // ...
10235     cin >> i2;
10237 A good optimizer should know about input operations and eliminate the redundant operation.
10239 ##### Example
10241 Using an `uninitialized` or sentinel value is a symptom of a problem and not a
10242 solution:
10244     widget i = uninit;  // bad
10245     widget j = uninit;
10247     // ...
10248     use(i);         // possibly used before set
10249     // ...
10251     if (cond) {     // bad: i and j are initialized "late"
10252         i = f1();
10253         j = f2();
10254     }
10255     else {
10256         i = f3();
10257         j = f4();
10258     }
10260 Now the compiler cannot even simply detect a used-before-set. Further, we've introduced complexity in the state space for widget: which operations are valid on an `uninit` widget and which are not?
10262 ##### Note
10264 Sometimes, a lambda can be used as an initializer to avoid an uninitialized variable:
10266     error_code ec;
10267     Value v = [&] {
10268         auto p = get_value();   // get_value() returns a pair<error_code, Value>
10269         ec = p.first;
10270         return p.second;
10271     }();
10273 or maybe:
10275     Value v = [] {
10276         auto p = get_value();   // get_value() returns a pair<error_code, Value>
10277         if (p.first) throw Bad_value{p.first};
10278         return p.second;
10279     }();
10281 **See also**: [ES.28](#Res-lambda-init)
10283 ##### Enforcement
10285 * Flag every uninitialized variable.
10286   Don't flag variables of user-defined types with default constructors.
10287 * Check that an uninitialized buffer is written into *immediately* after declaration.
10288   Passing an uninitialized variable as a reference to non-`const` argument can be assumed to be a write into the variable.
10290 ### <a name="Res-introduce"></a>ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it
10292 ##### Reason
10294 Readability. To limit the scope in which the variable can be used.
10296 ##### Example
10298     int x = 7;
10299     // ... no use of x here ...
10300     ++x;
10302 ##### Enforcement
10304 Flag declarations that are distant from their first use.
10306 ### <a name="Res-init"></a>ES.22: Don't declare a variable until you have a value to initialize it with
10308 ##### Reason
10310 Readability. Limit the scope in which a variable can be used. Don't risk used-before-set. Initialization is often more efficient than assignment.
10312 ##### Example, bad
10314     string s;
10315     // ... no use of s here ...
10316     s = "what a waste";
10318 ##### Example, bad
10320     SomeLargeType var;   // ugly CaMeLcAsEvArIaBlE
10322     if (cond)   // some non-trivial condition
10323         Set(&var);
10324     else if (cond2 || !cond3) {
10325         var = Set2(3.14);
10326     }
10327     else {
10328         var = 0;
10329         for (auto& e : something)
10330             var += e;
10331     }
10333     // use var; that this isn't done too early can be enforced statically with only control flow
10335 This would be fine if there was a default initialization for `SomeLargeType` that wasn't too expensive.
10336 Otherwise, a programmer might very well wonder if every possible path through the maze of conditions has been covered.
10337 If not, we have a "use before set" bug. This is a maintenance trap.
10339 For initializers of moderate complexity, including for `const` variables, consider using a lambda to express the initializer; see [ES.28](#Res-lambda-init).
10341 ##### Enforcement
10343 * Flag declarations with default initialization that are assigned to before they are first read.
10344 * Flag any complicated computation after an uninitialized variable and before its use.
10346 ### <a name="Res-list"></a>ES.23: Prefer the `{}` initializer syntax
10348 ##### Reason
10350 The rules for `{}` initialization are simpler, more general, less ambiguous, and safer than for other forms of initialization.
10352 ##### Example
10354     int x {f(99)};
10355     vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
10357 ##### Exception
10359 For containers, there is a tradition for using `{...}` for a list of elements and `(...)` for sizes:
10361     vector<int> v1(10);    // vector of 10 elements with the default value 0
10362     vector<int> v2 {10};   // vector of 1 element with the value 10
10364 ##### Note
10366 `{}`-initializers do not allow narrowing conversions.
10368 ##### Example
10370     int x {7.9};   // error: narrowing
10371     int y = 7.9;   // OK: y becomes 7. Hope for a compiler warning
10373 ##### Note
10375 `{}` initialization can be used for all initialization; other forms of initialization can't:
10377     auto p = new vector<int> {1, 2, 3, 4, 5};   // initialized vector
10378     D::D(int a, int b) :m{a, b} {   // member initializer (e.g., m might be a pair)
10379         // ...
10380     };
10381     X var {};   // initialize var to be empty
10382     struct S {
10383         int m {7};   // default initializer for a member
10384         // ...
10385     };
10387 ##### Note
10389 Initialization of a variable declared using `auto` with a single value, e.g., `{v}`, had surprising results until C++17.
10390 The C++17 rules are somewhat less surprising:
10392     auto x1 {7};        // x1 is an int with the value 7
10393     auto x2 = {7};  // x2 is an initializer_list<int> with an element 7
10395     auto x11 {7, 8};    // error: two initializers
10396     auto x22 = {7, 8};  // x2 is an initializer_list<int> with elements 7 and 8
10398 So use `={...}` if you really want an `initializer_list<T>`
10400     auto fib10 = {1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55};   // fib10 is a list
10402 ##### Note
10404 Old habits die hard, so this rule is hard to apply consistently, especially as there are so many cases where `=` is innocent.
10406 ##### Example
10408     template<typename T>
10409     void f()
10410     {
10411         T x1(1);    // T initialized with 1
10412         T x0();     // bad: function declaration (often a mistake)
10414         T y1 {1};   // T initialized with 1
10415         T y0 {};    // default initialized T
10416         // ...
10417     }
10419 **See also**: [Discussion](#???)
10421 ##### Enforcement
10423 Tricky.
10425 * Don't flag uses of `=` for simple initializers.
10426 * Look for `=` after `auto` has been seen.
10428 ### <a name="Res-unique"></a>ES.24: Use a `unique_ptr<T>` to hold pointers
10430 ##### Reason
10432 Using `std::unique_ptr` is the simplest way to avoid leaks. It is reliable, it
10433 makes the type system do much of the work to validate ownership safety, it
10434 increases readability, and it has zero or near zero run-time cost.
10436 ##### Example
10438     void use(bool leak)
10439     {
10440         auto p1 = make_unique<int>(7);   // OK
10441         int* p2 = new int{7};            // bad: might leak
10442         // ... no assignment to p2 ...
10443         if (leak) return;
10444         // ... no assignment to p2 ...
10445         vector<int> v(7);
10446         v.at(7) = 0;                    // exception thrown
10447         // ...
10448     }
10450 If `leak == true` the object pointed to by `p2` is leaked and the object pointed to by `p1` is not.
10451 The same is the case when `at()` throws.
10453 ##### Enforcement
10455 Look for raw pointers that are targets of `new`, `malloc()`, or functions that may return such pointers.
10457 ### <a name="Res-const"></a>ES.25: Declare an object `const` or `constexpr` unless you want to modify its value later on
10459 ##### Reason
10461 That way you can't change the value by mistake. That way may offer the compiler optimization opportunities.
10463 ##### Example
10465     void f(int n)
10466     {
10467         const int bufmax = 2 * n + 2;  // good: we can't change bufmax by accident
10468         int xmax = n;                  // suspicious: is xmax intended to change?
10469         // ...
10470     }
10472 ##### Enforcement
10474 Look to see if a variable is actually mutated, and flag it if
10475 not. Unfortunately, it may be impossible to detect when a non-`const` was not
10476 *intended* to vary (vs when it merely did not vary).
10478 ### <a name="Res-recycle"></a>ES.26: Don't use a variable for two unrelated purposes
10480 ##### Reason
10482 Readability and safety.
10484 ##### Example, bad
10486     void use()
10487     {
10488         int i;
10489         for (i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }
10490         for (i = 0; i < 200; ++i) { /* ... */ } // bad: i recycled
10491     }
10493 ##### Note
10495 As an optimization, you may want to reuse a buffer as a scratch pad, but even then prefer to limit the variable's scope as much as possible and be careful not to cause bugs from data left in a recycled buffer as this is a common source of security bugs.
10497     void write_to_file() {
10498         std::string buffer;             // to avoid reallocations on every loop iteration
10499         for (auto& o : objects)
10500         {
10501             // First part of the work.
10502             generate_first_String(buffer, o);
10503             write_to_file(buffer);
10505             // Second part of the work.
10506             generate_second_string(buffer, o);
10507             write_to_file(buffer);
10509             // etc...
10510         }
10511     }
10513 ##### Enforcement
10515 Flag recycled variables.
10517 ### <a name="Res-stack"></a>ES.27: Use `std::array` or `stack_array` for arrays on the stack
10519 ##### Reason
10521 They are readable and don't implicitly convert to pointers.
10522 They are not confused with non-standard extensions of built-in arrays.
10524 ##### Example, bad
10526     const int n = 7;
10527     int m = 9;
10529     void f()
10530     {
10531         int a1[n];
10532         int a2[m];   // error: not ISO C++
10533         // ...
10534     }
10536 ##### Note
10538 The definition of `a1` is legal C++ and has always been.
10539 There is a lot of such code.
10540 It is error-prone, though, especially when the bound is non-local.
10541 Also, it is a "popular" source of errors (buffer overflow, pointers from array decay, etc.).
10542 The definition of `a2` is C but not C++ and is considered a security risk
10544 ##### Example
10546     const int n = 7;
10547     int m = 9;
10549     void f()
10550     {
10551         array<int, n> a1;
10552         stack_array<int> a2(m);
10553         // ...
10554     }
10556 ##### Enforcement
10558 * Flag arrays with non-constant bounds (C-style VLAs)
10559 * Flag arrays with non-local constant bounds
10561 ### <a name="Res-lambda-init"></a>ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables
10563 ##### Reason
10565 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.
10567 ##### Example, bad
10569     widget x;   // should be const, but:
10570     for (auto i = 2; i <= N; ++i) {          // this could be some
10571         x += some_obj.do_something_with(i);  // arbitrarily long code
10572     }                                        // needed to initialize x
10573     // from here, x should be const, but we can't say so in code in this style
10575 ##### Example, good
10577     const widget x = [&]{
10578         widget val;                                // assume that widget has a default constructor
10579         for (auto i = 2; i <= N; ++i) {            // this could be some
10580             val += some_obj.do_something_with(i);  // arbitrarily long code
10581         }                                          // needed to initialize x
10582         return val;
10583     }();
10585 ##### Example
10587     string var = [&]{
10588         if (!in) return "";   // default
10589         string s;
10590         for (char c : in >> c)
10591             s += toupper(c);
10592         return s;
10593     }(); // note ()
10595 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.
10597 ##### Enforcement
10599 Hard. At best a heuristic. Look for an uninitialized variable followed by a loop assigning to it.
10601 ### <a name="Res-macros"></a>ES.30: Don't use macros for program text manipulation
10603 ##### Reason
10605 Macros are a major source of bugs.
10606 Macros don't obey the usual scope and type rules.
10607 Macros ensure that the human reader sees something different from what the compiler sees.
10608 Macros complicate tool building.
10610 ##### Example, bad
10612     #define Case break; case   /* BAD */
10614 This innocuous-looking macro makes a single lower case `c` instead of a `C` into a bad flow-control bug.
10616 ##### Note
10618 This rule does not ban the use of macros for "configuration control" use in `#ifdef`s, etc.
10620 ##### Enforcement
10622 Scream when you see a macro that isn't just used for source control (e.g., `#ifdef`)
10624 ### <a name="Res-macros2"></a>ES.31: Don't use macros for constants or "functions"
10626 ##### Reason
10628 Macros are a major source of bugs.
10629 Macros don't obey the usual scope and type rules.
10630 Macros don't obey the usual rules for argument passing.
10631 Macros ensure that the human reader sees something different from what the compiler sees.
10632 Macros complicate tool building.
10634 ##### Example, bad
10636     #define PI 3.14
10637     #define SQUARE(a, b) (a * b)
10639 Even if we hadn't left a well-known bug in `SQUARE` there are much better behaved alternatives; for example:
10641     constexpr double pi = 3.14;
10642     template<typename T> T square(T a, T b) { return a * b; }
10644 ##### Enforcement
10646 Scream when you see a macro that isn't just used for source control (e.g., `#ifdef`)
10648 ### <a name="Res-ALL_CAPS"></a>ES.32: Use `ALL_CAPS` for all macro names
10650 ##### Reason
10652 Convention. Readability. Distinguishing macros.
10654 ##### Example
10656     #define forever for (;;)   /* very BAD */
10658     #define FOREVER for (;;)   /* Still evil, but at least visible to humans */
10660 ##### Enforcement
10662 Scream when you see a lower case macro.
10664 ### <a name="Res-MACROS"></a>ES.33: If you must use macros, give them unique names
10666 ##### Reason
10668 Macros do not obey scope rules.
10670 ##### Example
10672     #define MYCHAR        /* BAD, will eventually clash with someone else's MYCHAR*/
10674     #define ZCORP_CHAR    /* Still evil, but less likely to clash */
10676 ##### Note
10678 Avoid macros if you can: [ES.30](#Res-macros), [ES.31](#Res-macros2), and [ES.32](#Res-ALL_CAPS).
10679 However, there are billions of lines of code littered with macros and a long tradition for using and overusing macros.
10680 If you are forced to use macros, use long names and supposedly unique prefixes (e.g., your organization's name) to lower the likelihood of a clash.
10682 ##### Enforcement
10684 Warn against short macro names.
10686 ### <a name="Res-ellipses"></a> ES.34: Don't define a (C-style) variadic function
10688 ##### Reason
10690 Not type safe.
10691 Requires messy cast-and-macro-laden code to get working right.
10693 ##### Example
10695     #include <cstdarg>
10697     // "severity" followed by a zero-terminated list of char*s; write the C-style strings to cerr
10698     void error(int severity ...)
10699     {
10700         va_list ap;             // a magic type for holding arguments
10701         va_start(ap, severity); // arg startup: "severity" is the first argument of error()
10703         for (;;) {
10704             // treat the next var as a char*; no checking: a cast in disguise
10705             char* p = va_arg(ap, char*);
10706             if (!p) break;
10707             cerr << p << ' ';
10708         }
10710         va_end(ap);             // arg cleanup (don't forget this)
10712         cerr << '\n';
10713         if (severity) exit(severity);
10714     }
10716     void use()
10717     {
10718         error(7, "this", "is", "an", "error", nullptr);
10719         error(7); // crash
10720         error(7, "this", "is", "an", "error");  // crash
10721         const char* is = "is";
10722         string an = "an";
10723         error(7, "this", "is", an, "error"); // crash
10724     }
10726 **Alternative**: Overloading. Templates. Variadic templates.
10727     #include <iostream>
10729     void error(int severity)
10730     {
10731         std::cerr << '\n';
10732         std::exit(severity);
10733     }
10735     template <typename T, typename... Ts>
10736     constexpr void error(int severity, T head, Ts... tail)
10737     {
10738         std::cerr << head;
10739         error(severity, tail...);
10740     }
10742     void use()
10743     {
10744         error(7); // No crash!
10745         error(5, "this", "is", "not", "an", "error"); // No crash!
10747         std::string an = "an";
10748         error(7, "this", "is", "not", an, "error"); // No crash!
10750         error(5, "oh", "no", nullptr); // Compile error! No need for nullptr.
10751     }
10754 ##### Note
10756 This is basically the way `printf` is implemented.
10758 ##### Enforcement
10760 * Flag definitions of C-style variadic functions.
10761 * Flag `#include <cstdarg>` and `#include <stdarg.h>`
10764 ## ES.expr: Expressions
10766 Expressions manipulate values.
10768 ### <a name="Res-complicated"></a>ES.40: Avoid complicated expressions
10770 ##### Reason
10772 Complicated expressions are error-prone.
10774 ##### Example
10776     // bad: assignment hidden in subexpression
10777     while ((c = getc()) != -1)
10779     // bad: two non-local variables assigned in a sub-expressions
10780     while ((cin >> c1, cin >> c2), c1 == c2)
10782     // better, but possibly still too complicated
10783     for (char c1, c2; cin >> c1 >> c2 && c1 == c2;)
10785     // OK: if i and j are not aliased
10786     int x = ++i + ++j;
10788     // OK: if i != j and i != k
10789     v[i] = v[j] + v[k];
10791     // bad: multiple assignments "hidden" in subexpressions
10792     x = a + (b = f()) + (c = g()) * 7;
10794     // bad: relies on commonly misunderstood precedence rules
10795     x = a & b + c * d && e ^ f == 7;
10797     // bad: undefined behavior
10798     x = x++ + x++ + ++x;
10800 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.
10802 ##### Note
10804 C++17 tightens up the rules for the order of evaluation
10805 (left-to-right except right-to-left in assignments, and the order of evaluation of function arguments is unspecified; [see ES.43](#Res-order)),
10806 but that doesn't change the fact that complicated expressions are potentially confusing.
10808 ##### Note
10810 A programmer should know and use the basic rules for expressions.
10812 ##### Example
10814     x = k * y + z;             // OK
10816     auto t1 = k * y;           // bad: unnecessarily verbose
10817     x = t1 + z;
10819     if (0 <= x && x < max)   // OK
10821     auto t1 = 0 <= x;        // bad: unnecessarily verbose
10822     auto t2 = x < max;
10823     if (t1 && t2)            // ...
10825 ##### Enforcement
10827 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:
10829 * 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
10830 * writes to aliased variables
10831 * more than N operators (and what should N be?)
10832 * reliance of subtle precedence rules
10833 * uses undefined behavior (can we catch all undefined behavior?)
10834 * implementation defined behavior?
10835 * ???
10837 ### <a name="Res-parens"></a>ES.41: If in doubt about operator precedence, parenthesize
10839 ##### Reason
10841 Avoid errors. Readability. Not everyone has the operator table memorized.
10843 ##### Example
10845     const unsigned int flag = 2;
10846     unsigned int a = flag;
10848     if (a & flag != 0)  // bad: means a&(flag != 0)
10850 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.
10852     if ((a & flag) != 0)  // OK: works as intended
10854 ##### Note
10856 You should know enough not to need parentheses for:
10858     if (a < 0 || a <= max) {
10859         // ...
10860     }
10862 ##### Enforcement
10864 * Flag combinations of bitwise-logical operators and other operators.
10865 * Flag assignment operators not as the leftmost operator.
10866 * ???
10868 ### <a name="Res-ptr"></a>ES.42: Keep use of pointers simple and straightforward
10870 ##### Reason
10872 Complicated pointer manipulation is a major source of errors.
10874 ##### Note
10876 Use `gsl::span` instead.
10877 Pointers should [only refer to single objects](#Ri-array).
10878 Pointer arithmetic is fragile and easy to get wrong, the source of many, many bad bugs and security violations.
10879 `span` is a bounds-checked, safe type for accessing arrays of data.
10880 Access into an array with known bounds using a constant as a subscript can be validated by the compiler.
10882 ##### Example, bad
10884     void f(int* p, int count)
10885     {
10886         if (count < 2) return;
10888         int* q = p + 1;    // BAD
10890         ptrdiff_t d;
10891         int n;
10892         d = (p - &n);      // OK
10893         d = (q - p);       // OK
10895         int n = *p++;      // BAD
10897         if (count < 6) return;
10899         p[4] = 1;          // BAD
10901         p[count - 1] = 2;  // BAD
10903         use(&p[0], 3);     // BAD
10904     }
10906 ##### Example, good
10908     void f(span<int> a) // BETTER: use span in the function declaration
10909     {
10910         if (a.size() < 2) return;
10912         int n = a[0];      // OK
10914         span<int> q = a.subspan(1); // OK
10916         if (a.size() < 6) return;
10918         a[4] = 1;          // OK
10920         a[count - 1] = 2;  // OK
10922         use(a.data(), 3);  // OK
10923     }
10925 ##### Note
10927 Subscripting with a variable is difficult for both tools and humans to validate as safe.
10928 `span` is a run-time bounds-checked, safe type for accessing arrays of data.
10929 `at()` is another alternative that ensures single accesses are bounds-checked.
10930 If iterators are needed to access an array, use the iterators from a `span` constructed over the array.
10932 ##### Example, bad
10934     void f(array<int, 10> a, int pos)
10935     {
10936         a[pos / 2] = 1; // BAD
10937         a[pos - 1] = 2; // BAD
10938         a[-1] = 3;    // BAD (but easily caught by tools) -- no replacement, just don't do this
10939         a[10] = 4;    // BAD (but easily caught by tools) -- no replacement, just don't do this
10940     }
10942 ##### Example, good
10944 Use a `span`:
10946     void f1(span<int, 10> a, int pos) // A1: Change parameter type to use span
10947     {
10948         a[pos / 2] = 1; // OK
10949         a[pos - 1] = 2; // OK
10950     }
10952     void f2(array<int, 10> arr, int pos) // A2: Add local span and use that
10953     {
10954         span<int> a = {arr, pos};
10955         a[pos / 2] = 1; // OK
10956         a[pos - 1] = 2; // OK
10957     }
10959 Use a `at()`:
10961     void f3(array<int, 10> a, int pos) // ALTERNATIVE B: Use at() for access
10962     {
10963         at(a, pos / 2) = 1; // OK
10964         at(a, pos - 1) = 2; // OK
10965     }
10967 ##### Example, bad
10969     void f()
10970     {
10971         int arr[COUNT];
10972         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
10973             arr[i] = i; // BAD, cannot use non-constant indexer
10974     }
10976 ##### Example, good
10978 Use a `span`:
10980     void f1()
10981     {
10982         int arr[COUNT];
10983         span<int> av = arr;
10984         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
10985             av[i] = i;
10986     }
10988 Use a `span` and range-`for`:
10990     void f1a()
10991     {
10992          int arr[COUNT];
10993          span<int, COUNT> av = arr;
10994          int i = 0;
10995          for (auto& e : av)
10996              e = i++;
10997     }
10999 Use `at()` for access:
11001     void f2()
11002     {
11003         int arr[COUNT];
11004         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
11005             at(arr, i) = i;
11006     }
11008 Use a range-`for`:
11010     void f3()
11011     {
11012         int arr[COUNT];
11013         for (auto& e : arr)
11014              e = i++;
11015     }
11017 ##### Note
11019 Tooling can offer rewrites of array accesses that involve dynamic index expressions to use `at()` instead:
11021     static int a[10];
11023     void f(int i, int j)
11024     {
11025         a[i + j] = 12;      // BAD, could be rewritten as ...
11026         at(a, i + j) = 12;  // OK -- bounds-checked
11027     }
11029 ##### Example
11031 Turning an array into a pointer (as the language does essentially always) removes opportunities for checking, so avoid it
11033     void g(int* p);
11035     void f()
11036     {
11037         int a[5];
11038         g(a);        // BAD: are we trying to pass an array?
11039         g(&a[0]);    // OK: passing one object
11040     }
11042 If you want to pass an array, say so:
11044     void g(int* p, size_t length);  // old (dangerous) code
11046     void g1(span<int> av); // BETTER: get g() changed.
11048     void f2()
11049     {
11050         int a[5];
11051         span<int> av = a;
11053         g(av.data(), av.size());   // OK, if you have no choice
11054         g1(a);                     // OK -- no decay here, instead use implicit span ctor
11055     }
11057 ##### Enforcement
11059 * Flag any arithmetic operation on an expression of pointer type that results in a value of pointer type.
11060 * Flag any indexing expression on an expression or variable of array type (either static array or `std::array`) where the indexer is not a compile-time constant expression with a value between `0` or and the upper bound of the array.
11061 * Flag any expression that would rely on implicit conversion of an array type to a pointer type.
11063 This rule is part of the [bounds-safety profile](#SS-bounds).
11066 ### <a name="Res-order"></a>ES.43: Avoid expressions with undefined order of evaluation
11068 ##### Reason
11070 You have no idea what such code does. Portability.
11071 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.
11073 ##### Note
11075 C++17 tightens up the rules for the order of evaluation:
11076 left-to-right except right-to-left in assignments, and the order of evaluation of function arguments is unspecified.
11078 However, remember that your code may be compiled with a pre-C++17 compiler (e.g., through cut-and-paste) so don't be too clever.
11080 ##### Example
11082     v[i] = ++i;   //  the result is undefined
11084 A good rule of thumb is that you should not read a value twice in an expression where you write to it.
11086 ##### Enforcement
11088 Can be detected by a good analyzer.
11090 ### <a name="Res-order-fct"></a>ES.44: Don't depend on order of evaluation of function arguments
11092 ##### Reason
11094 Because that order is unspecified.
11096 ##### Note
11098 C++17 tightens up the rules for the order of evaluation, but the order of evaluation of function arguments is still unspecified.
11100 ##### Example
11102     int i = 0;
11103     f(++i, ++i);
11105 The call will most likely be `f(0, 1)` or `f(1, 0)`, but you don't know which.
11106 Technically, the behavior is undefined.
11107 In C++17, this code does not have undefined behavior, but it is still not specified which argument is evaluated first.
11109 ##### Example
11111 Overloaded operators can lead to order of evaluation problems:
11113     f1()->m(f2());          // m(f1(), f2())
11114     cout << f1() << f2();   // operator<<(operator<<(cout, f1()), f2())
11116 In C++17, these examples work as expected (left to right) and assignments are evaluated right to left (just as ='s binding is right-to-left)
11118     f1() = f2();    // undefined behavior in C++14; in C++17, f2() is evaluated before f1()
11120 ##### Enforcement
11122 Can be detected by a good analyzer.
11124 ### <a name="Res-magic"></a>ES.45: Avoid "magic constants"; use symbolic constants
11126 ##### Reason
11128 Unnamed constants embedded in expressions are easily overlooked and often hard to understand:
11130 ##### Example
11132     for (int m = 1; m <= 12; ++m)   // don't: magic constant 12
11133         cout << month[m] << '\n';
11135 No, we don't all know that there are 12 months, numbered 1..12, in a year. Better:
11137     // months are indexed 1..12
11138     constexpr int first_month = 1;
11139     constexpr int last_month = 12;
11141     for (int m = first_month; m <= last_month; ++m)   // better
11142         cout << month[m] << '\n';
11144 Better still, don't expose constants:
11146     for (auto m : month)
11147         cout << m << '\n';
11149 ##### Enforcement
11151 Flag literals in code. Give a pass to `0`, `1`, `nullptr`, `\n`, `""`, and others on a positive list.
11153 ### <a name="Res-narrowing"></a>ES.46: Avoid lossy (narrowing, truncating) arithmetic conversions
11155 ##### Reason
11157 A narrowing conversion destroys information, often unexpectedly so.
11159 ##### Example, bad
11161 A key example is basic narrowing:
11163     double d = 7.9;
11164     int i = d;    // bad: narrowing: i becomes 7
11165     i = (int) d;  // bad: we're going to claim this is still not explicit enough
11167     void f(int x, long y, double d)
11168     {
11169         char c1 = x;   // bad: narrowing
11170         char c2 = y;   // bad: narrowing
11171         char c3 = d;   // bad: narrowing
11172     }
11174 ##### Note
11176 The guideline support library offers a `narrow_cast` operation for specifying that narrowing is acceptable and a `narrow` ("narrow if") that throws an exception if a narrowing would throw away information:
11178     i = narrow_cast<int>(d);   // OK (you asked for it): narrowing: i becomes 7
11179     i = narrow<int>(d);        // OK: throws narrowing_error
11181 We also include lossy arithmetic casts, such as from a negative floating point type to an unsigned integral type:
11183     double d = -7.9;
11184     unsigned u = 0;
11186     u = d;                          // BAD
11187     u = narrow_cast<unsigned>(d);   // OK (you asked for it): u becomes 0
11188     u = narrow<unsigned>(d);        // OK: throws narrowing_error
11190 ##### Enforcement
11192 A good analyzer can detect all narrowing conversions. However, flagging all narrowing conversions will lead to a lot of false positives. Suggestions:
11194 * flag all floating-point to integer conversions (maybe only `float`->`char` and `double`->`int`. Here be dragons! we need data)
11195 * flag all `long`->`char` (I suspect `int`->`char` is very common. Here be dragons! we need data)
11196 * consider narrowing conversions for function arguments especially suspect
11198 ### <a name="Res-nullptr"></a>ES.47: Use `nullptr` rather than `0` or `NULL`
11200 ##### Reason
11202 Readability. Minimize surprises: `nullptr` cannot be confused with an
11203 `int`. `nullptr` also has a well-specified (very restrictive) type, and thus
11204 works in more scenarios where type deduction might do the wrong thing on `NULL`
11205 or `0`.
11207 ##### Example
11209 Consider:
11211     void f(int);
11212     void f(char*);
11213     f(0);         // call f(int)
11214     f(nullptr);   // call f(char*)
11216 ##### Enforcement
11218 Flag uses of `0` and `NULL` for pointers. The transformation may be helped by simple program transformation.
11220 ### <a name="Res-casts"></a>ES.48: Avoid casts
11222 ##### Reason
11224 Casts are a well-known source of errors. Make some optimizations unreliable.
11226 ##### Example, bad
11228     double d = 2;
11229     auto p = (long*)&d;
11230     auto q = (long long*)&d;
11231     cout << d << ' ' << *p << ' ' << *q << '\n';
11233 What would you think this fragment prints? The result is at best implementation defined. I got
11235     2 0 4611686018427387904
11237 Adding
11239     *q = 666;
11240     cout << d << ' ' << *p << ' ' << *q << '\n';
11242 I got
11244     3.29048e-321 666 666
11246 Surprised? I'm just glad I didn't crash the program.
11248 ##### Note
11250 Programmers who write casts typically assume that they know what they are doing,
11251 or that writing a cast makes the program "easier to read".
11252 In fact, they often disable the general rules for using values.
11253 Overload resolution and template instantiation usually pick the right function if there is a right function to pick.
11254 If there is not, maybe there ought to be, rather than applying a local fix (cast).
11256 ##### Note
11258 Casts are necessary in a systems programming language.  For example, how else
11259 would we get the address of a device register into a pointer?  However, casts
11260 are seriously overused as well as a major source of errors.
11262 ##### Note
11264 If you feel the need for a lot of casts, there may be a fundamental design problem.
11266 ##### Exception
11268 Casting to `(void)` is the Standard-sanctioned way to turn off `[[nodiscard]]` warnings. If you are calling a function with a `[[nodiscard]]` return and you deliberately want to discard the result, first think hard about whether that is really a good idea (there is usually a good reason the author of the function or of the return type used `[[nodiscard]]` in the first place), but if you still think it's appropriate and your code reviewer agrees, write `(void)` to turn off the warning.
11270 ##### Alternatives
11272 Casts are widely (mis) used. Modern C++ has rules and constructs that eliminate the need for casts in many contexts, such as
11274 * Use templates
11275 * Use `std::variant`
11276 * Rely on the well-defined, safe, implicit conversions between pointer types
11278 ##### Enforcement
11280 * Force the elimination of C-style casts, except on a function with a `[[nodiscard]]` return
11281 * Warn if there are many functional style casts (there is an obvious problem in quantifying 'many')
11282 * The [type profile](#Pro-type-reinterpretcast) bans `reinterpret_cast`.
11283 * Warn against [identity casts](#Pro-type-identitycast) between pointer types, where the source and target types are the same (#Pro-type-identitycast)
11284 * Warn if a pointer cast could be [implicit](#Pro-type-implicitpointercast)
11286 ### <a name="Res-casts-named"></a>ES.49: If you must use a cast, use a named cast
11288 ##### Reason
11290 Readability. Error avoidance.
11291 Named casts are more specific than a C-style or functional cast, allowing the compiler to catch some errors.
11293 The named casts are:
11295 * `static_cast`
11296 * `const_cast`
11297 * `reinterpret_cast`
11298 * `dynamic_cast`
11299 * `std::move`         // `move(x)` is an rvalue reference to `x`
11300 * `std::forward`      // `forward(x)` is an rvalue reference to `x`
11301 * `gsl::narrow_cast`  // `narrow_cast<T>(x)` is `static_cast<T>(x)`
11302 * `gsl::narrow`       // `narrow<T>(x)` is `static_cast<T>(x)` if `static_cast<T>(x) == x` or it throws `narrowing_error`
11304 ##### Example
11306     class B { /* ... */ };
11307     class D { /* ... */ };
11309     template<typename D> D* upcast(B* pb)
11310     {
11311         D* pd0 = pb;                        // error: no implicit conversion from B* to D*
11312         D* pd1 = (D*)pb;                    // legal, but what is done?
11313         D* pd2 = static_cast<D*>(pb);       // error: D is not derived from B
11314         D* pd3 = reinterpret_cast<D*>(pb);  // OK: on your head be it!
11315         D* pd4 = dynamic_cast<D*>(pb);      // OK: return nullptr
11316         // ...
11317     }
11319 The example was synthesized from real-world bugs where `D` used to be derived from `B`, but someone refactored the hierarchy.
11320 The C-style cast is dangerous because it can do any kind of conversion, depriving us of any protection from mistakes (now or in the future).
11322 ##### Note
11324 When converting between types with no information loss (e.g. from `float` to
11325 `double` or `int64` from `int32`), brace initialization may be used instead.
11327     double d {some_float};
11328     int64_t i {some_int32};
11330 This makes it clear that the type conversion was intended and also prevents
11331 conversions between types that might result in loss of precision. (It is a
11332 compilation error to try to initialize a `float` from a `double` in this fashion,
11333 for example.)
11335 ##### Note
11337 `reinterpret_cast` can be essential, but the essential uses (e.g., turning a machine address into pointer) are not type safe:
11339     auto p = reinterpret_cast<Device_register>(0x800);  // inherently dangerous
11342 ##### Enforcement
11344 * Flag C-style and functional casts.
11345 * The [type profile](#Pro-type-reinterpretcast) bans `reinterpret_cast`.
11346 * The [type profile](#Pro-type-arithmeticcast) warns when using `static_cast` between arithmetic types.
11348 ### <a name="Res-casts-const"></a>ES.50: Don't cast away `const`
11350 ##### Reason
11352 It makes a lie out of `const`.
11353 If the variable is actually declared `const`, the result of "casting away `const`" is undefined behavior.
11355 ##### Example, bad
11357     void f(const int& i)
11358     {
11359         const_cast<int&>(i) = 42;   // BAD
11360     }
11362     static int i = 0;
11363     static const int j = 0;
11365     f(i); // silent side effect
11366     f(j); // undefined behavior
11368 ##### Example
11370 Sometimes, you may be tempted to resort to `const_cast` to avoid code duplication, such as when two accessor functions that differ only in `const`-ness have similar implementations. For example:
11372     class Bar;
11374     class Foo {
11375     public:
11376         // BAD, duplicates logic
11377         Bar& get_bar() {
11378             /* complex logic around getting a non-const reference to my_bar */
11379         }
11381         const Bar& get_bar() const {
11382             /* same complex logic around getting a const reference to my_bar */
11383         }
11384     private:
11385         Bar my_bar;
11386     };
11388 Instead, prefer to share implementations. Normally, you can just have the non-`const` function call the `const` function. However, when there is complex logic this can lead to the following pattern that still resorts to a `const_cast`:
11390     class Foo {
11391     public:
11392         // not great, non-const calls const version but resorts to const_cast
11393         Bar& get_bar() {
11394             return const_cast<Bar&>(static_cast<const Foo&>(*this).get_bar());
11395         }
11396         const Bar& get_bar() const {
11397             /* the complex logic around getting a const reference to my_bar */
11398         }
11399     private:
11400         Bar my_bar;
11401     };
11403 Although this pattern is safe when applied correctly, because the caller must have had a non-`const` object to begin with, it's not ideal because the safety is hard to enforce automatically as a checker rule.
11405 Instead, prefer to put the common code in a common helper function -- and make it a template so that it deduces `const`. This doesn't use any `const_cast` at all:
11407     class Foo {
11408     public:                         // good
11409               Bar& get_bar()       { return get_bar_impl(*this); }
11410         const Bar& get_bar() const { return get_bar_impl(*this); }
11411     private:
11412         Bar my_bar;
11414         template<class T>           // good, deduces whether T is const or non-const
11415         static auto get_bar_impl(T& t) -> decltype(t.get_bar())
11416             { /* the complex logic around getting a possibly-const reference to my_bar */ }
11417     };
11419 ##### Exception
11421 You may need to cast away `const` when calling `const`-incorrect functions.
11422 Prefer to wrap such functions in inline `const`-correct wrappers to encapsulate the cast in one place.
11424 ##### Example
11426 Sometimes, "cast away `const`" is to allow the updating of some transient information of an otherwise immutable object.
11427 Examples are caching, memoization, and precomputation.
11428 Such examples are often handled as well or better using `mutable` or an indirection than with a `const_cast`.
11430 Consider keeping previously computed results around for a costly operation:
11432     int compute(int x); // compute a value for x; assume this to be costly
11434     class Cache {   // some type implementing a cache for an int->int operation
11435     public:
11436         pair<bool, int> find(int x) const;   // is there a value for x?
11437         void set(int x, int v);             // make y the value for x
11438         // ...
11439     private:
11440         // ...
11441     };
11443     class X {
11444     public:
11445         int get_val(int x)
11446         {
11447             auto p = cache.find(x);
11448             if (p.first) return p.second;
11449             int val = compute(x);
11450             cache.set(x, val); // insert value for x
11451             return val;
11452         }
11453         // ...
11454     private:
11455         Cache cache;
11456     };
11458 Here, `get_val()` is logically constant, so we would like to make it a `const` member.
11459 To do this we still need to mutate `cache`, so people sometimes resort to a `const_cast`:
11461     class X {   // Suspicious solution based on casting
11462     public:
11463         int get_val(int x) const
11464         {
11465             auto p = cache.find(x);
11466             if (p.first) return p.second;
11467             int val = compute(x);
11468             const_cast<Cache&>(cache).set(x, val);   // ugly
11469             return val;
11470         }
11471         // ...
11472     private:
11473         Cache cache;
11474     };
11476 Fortunately, there is a better solution:
11477 State that `cache` is mutable even for a `const` object:
11479     class X {   // better solution
11480     public:
11481         int get_val(int x) const
11482         {
11483             auto p = cache.find(x);
11484             if (p.first) return p.second;
11485             int val = compute(x);
11486             cache.set(x, val);
11487             return val;
11488         }
11489         // ...
11490     private:
11491         mutable Cache cache;
11492     };
11494 An alternative solution would to store a pointer to the `cache`:
11496     class X {   // OK, but slightly messier solution
11497     public:
11498         int get_val(int x) const
11499         {
11500             auto p = cache->find(x);
11501             if (p.first) return p.second;
11502             int val = compute(x);
11503             cache->set(x, val);
11504             return val;
11505         }
11506         // ...
11507     private:
11508         unique_ptr<Cache> cache;
11509     };
11511 That solution is the most flexible, but requires explicit construction and destruction of `*cache`
11512 (most likely in the constructor and destructor of `X`).
11514 In any variant, we must guard against data races on the `cache` in multi-threaded code, possibly using a `std::mutex`.
11516 ##### Enforcement
11518 * Flag `const_cast`s.
11519 * This rule is part of the [type-safety profile](#Pro-type-constcast) for the related Profile.
11521 ### <a name="Res-range-checking"></a>ES.55: Avoid the need for range checking
11523 ##### Reason
11525 Constructs that cannot overflow do not overflow (and usually run faster):
11527 ##### Example
11529     for (auto& x : v)      // print all elements of v
11530         cout << x << '\n';
11532     auto p = find(v, x);   // find x in v
11534 ##### Enforcement
11536 Look for explicit range checks and heuristically suggest alternatives.
11538 ### <a name="Res-move"></a>ES.56: Write `std::move()` only when you need to explicitly move an object to another scope
11540 ##### Reason
11542 We move, rather than copy, to avoid duplication and for improved performance.
11544 A move typically leaves behind an empty object ([C.64](#Rc-move-semantic)), which can be surprising or even dangerous, so we try to avoid moving from lvalues (they might be accessed later).
11546 ##### Notes
11548 Moving is done implicitly when the source is an rvalue (e.g., value in a `return` treatment or a function result), so don't pointlessly complicate code in those cases by writing `move` explicitly. Instead, write short functions that return values, and both the function's return and the caller's accepting of the return will be optimized naturally.
11550 In general, following the guidelines in this document (including not making variables' scopes needlessly large, writing short functions that return values, returning local variables) help eliminate most need for explicit `std::move`.
11552 Explicit `move` is needed to explicitly move an object to another scope, notably to pass it to a "sink" function and in the implementations of the move operations themselves (move constructor, move assignment operator) and swap operations.
11554 ##### Example, bad
11556     void sink(X&& x);   // sink takes ownership of x
11558     void user()
11559     {
11560         X x;
11561         // error: cannot bind an lvalue to a rvalue reference
11562         sink(x);
11563         // OK: sink takes the contents of x, x must now be assumed to be empty
11564         sink(std::move(x));
11566         // ...
11568         // probably a mistake
11569         use(x);
11570     }
11572 Usually, a `std::move()` is used as an argument to a `&&` parameter.
11573 And after you do that, assume the object has been moved from (see [C.64](#Rc-move-semantic)) and don't read its state again until you first set it to a new value.
11575     void f() {
11576         string s1 = "supercalifragilisticexpialidocious";
11578         string s2 = s1;             // ok, takes a copy
11579         assert(s1 == "supercalifragilisticexpialidocious");  // ok
11581         // bad, if you want to keep using s1's value
11582         string s3 = move(s1);
11584         // bad, assert will likely fail, s1 likely changed
11585         assert(s1 == "supercalifragilisticexpialidocious");
11586     }
11588 ##### Example
11590     void sink(unique_ptr<widget> p);  // pass ownership of p to sink()
11592     void f() {
11593         auto w = make_unique<widget>();
11594         // ...
11595         sink(std::move(w));               // ok, give to sink()
11596         // ...
11597         sink(w);    // Error: unique_ptr is carefully designed so that you cannot copy it
11598     }
11600 ##### Notes
11602 `std::move()` is a cast to `&&` in disguise; it doesn't itself move anything, but marks a named object as a candidate that can be moved from.
11603 The language already knows the common cases where objects can be moved from, especially when returning values from functions, so don't complicate code with redundant `std::move()`'s.
11605 Never write `std::move()` just because you've heard "it's more efficient."
11606 In general, don't believe claims of "efficiency" without data (???).
11607 In general, don't complicate your code without reason (??)
11609 ##### Example, bad
11611     vector<int> make_vector() {
11612         vector<int> result;
11613         // ... load result with data
11614         return std::move(result);       // bad; just write "return result;"
11615     }
11617 Never write `return move(local_variable);`, because the language already knows the variable is a move candidate.
11618 Writing `move` in this code won't help, and can actually be detrimental because on some compilers it interferes with RVO (the return value optimization) by creating an additional reference alias to the local variable.
11621 ##### Example, bad
11623     vector<int> v = std::move(make_vector());   // bad; the std::move is entirely redundant
11625 Never write `move` on a returned value such as `x = move(f());` where `f` returns by value.
11626 The language already knows that a returned value is a temporary object that can be moved from.
11628 ##### Example
11630     void mover(X&& x) {
11631         call_something(std::move(x));         // ok
11632         call_something(std::forward<X>(x));   // bad, don't std::forward an rvalue reference
11633         call_something(x);                    // suspicious, why not std::move?
11634     }
11636     template<class T>
11637     void forwarder(T&& t) {
11638         call_something(std::move(t));         // bad, don't std::move a forwarding reference
11639         call_something(std::forward<T>(t));   // ok
11640         call_something(t);                    // suspicious, why not std::forward?
11641     }
11643 ##### Enforcement
11645 * Flag use of `std::move(x)` where `x` is an rvalue or the language will already treat it as an rvalue, including `return std::move(local_variable);` and `std::move(f())` on a function that returns by value.
11646 * Flag functions taking an `S&&` parameter if there is no `const S&` overload to take care of lvalues.
11647 * Flag a `std::move`s argument passed to a parameter, except when the parameter type is one of the following: an `X&&` rvalue reference; a `T&&` forwarding reference where `T` is a template parameter type; or by value and the type is move-only.
11648 * Flag when `std::move` is applied to a forwarding reference (`T&&` where `T` is a template parameter type). Use `std::forward` instead.
11649 * Flag when `std::move` is applied to other than an rvalue reference. (More general case of the previous rule to cover the non-forwarding cases.)
11650 * Flag when `std::forward` is applied to an rvalue reference (`X&&` where `X` is a concrete type). Use `std::move` instead.
11651 * Flag when `std::forward` is applied to other than a forwarding reference. (More general case of the previous rule to cover the non-moving cases.)
11652 * Flag when an object is potentially moved from and the next operation is a `const` operation; there should first be an intervening non-`const` operation, ideally assignment, to first reset the object's value.
11654 ### <a name="Res-new"></a>ES.60: Avoid `new` and `delete` outside resource management functions
11656 ##### Reason
11658 Direct resource management in application code is error-prone and tedious.
11660 ##### Note
11662 also known as "No naked `new`!"
11664 ##### Example, bad
11666     void f(int n)
11667     {
11668         auto p = new X[n];   // n default constructed Xs
11669         // ...
11670         delete[] p;
11671     }
11673 There can be code in the `...` part that causes the `delete` never to happen.
11675 **See also**: [R: Resource management](#S-resource)
11677 ##### Enforcement
11679 Flag naked `new`s and naked `delete`s.
11681 ### <a name="Res-del"></a>ES.61: Delete arrays using `delete[]` and non-arrays using `delete`
11683 ##### Reason
11685 That's what the language requires and mistakes can lead to resource release errors and/or memory corruption.
11687 ##### Example, bad
11689     void f(int n)
11690     {
11691         auto p = new X[n];   // n default constructed Xs
11692         // ...
11693         delete p;   // error: just delete the object p, rather than delete the array p[]
11694     }
11696 ##### Note
11698 This example not only violates the [no naked `new` rule](#Res-new) as in the previous example, it has many more problems.
11700 ##### Enforcement
11702 * if the `new` and the `delete` is in the same scope, mistakes can be flagged.
11703 * if the `new` and the `delete` are in a constructor/destructor pair, mistakes can be flagged.
11705 ### <a name="Res-arr2"></a>ES.62: Don't compare pointers into different arrays
11707 ##### Reason
11709 The result of doing so is undefined.
11711 ##### Example, bad
11713     void f(int n)
11714     {
11715         int a1[7];
11716         int a2[9];
11717         if (&a1[5] < &a2[7]) {}       // bad: undefined
11718         if (0 < &a1[5] - &a2[7]) {}   // bad: undefined
11719     }
11721 ##### Note
11723 This example has many more problems.
11725 ##### Enforcement
11729 ### <a name="Res-slice"></a>ES.63: Don't slice
11731 ##### Reason
11733 Slicing -- that is, copying only part of an object using assignment or initialization -- most often leads to errors because
11734 the object was meant to be considered as a whole.
11735 In the rare cases where the slicing was deliberate the code can be surprising.
11737 ##### Example
11739     class Shape { /* ... */ };
11740     class Circle : public Shape { /* ... */ Point c; int r; };
11742     Circle c {{0, 0}, 42};
11743     Shape s {c};    // copy Shape part of Circle
11745 The result will be meaningless because the center and radius will not be copied from `c` into `s`.
11746 The first defense against this is to [define the base class `Shape` not to allow this](#Rc-copy-virtual).
11748 ##### Alternative
11750 If you mean to slice, define an explicit operation to do so.
11751 This saves readers from confusion.
11752 For example:
11754     class Smiley : public Circle {
11755         public:
11756         Circle copy_circle();
11757         // ...
11758     };
11760     Smiley sm { /* ... */ };
11761     Circle c1 {sm};  // ideally prevented by the definition of Circle
11762     Circle c2 {sm.copy_circle()};
11764 ##### Enforcement
11766 Warn against slicing.
11768 ### <a name="Res-construct"></a>ES.64: Use the `T{e}`notation for construction
11770 ##### Reason
11772 The `T{e}` construction syntax makes it explicit that construction is desired.
11773 The `T{e}` construction syntax doesn't allow narrowing.
11774 `T{e}` is the only safe and general expression for constructing a value of type `T` from an expression `e`.
11775 The casts notations `T(e)` and `(T)e` are neither safe nor general.
11777 ##### Example
11779 For built-in types, the construction notation protects against narrowing and reinterpretation
11781     void use(char ch, int i, double d, char* p, long long lng)
11782     {
11783         int x1 = int{ch};     // OK, but redundant
11784         int x2 = int{d};      // error: double->int narrowing; use a cast if you need to
11785         int x3 = int{p};      // error: pointer to->int; use a reinterpret_cast if you really need to
11786         int x4 = int{lng};    // error: long long->int narrowing; use a cast if you need to
11788         int y1 = int(ch);     // OK, but redundant
11789         int y2 = int(d);      // bad: double->int narrowing; use a cast if you need to
11790         int y3 = int(p);      // bad: pointer to->int; use a reinterpret_cast if you really need to
11791         int y4 = int(lng);    // bad: long->int narrowing; use a cast if you need to
11793         int z1 = (int)ch;     // OK, but redundant
11794         int z2 = (int)d;      // bad: double->int narrowing; use a cast if you need to
11795         int z3 = (int)p;      // bad: pointer to->int; use a reinterpret_cast if you really need to
11796         int z4 = (int)lng;    // bad: long long->int narrowing; use a cast if you need to
11797     }
11799 The integer to/from pointer conversions are implementation defined when using the `T(e)` or `(T)e` notations, and non-portable
11800 between platforms with different integer and pointer sizes.
11802 ##### Note
11804 [Avoid casts](#Res-casts) (explicit type conversion) and if you must [prefer named casts](#Res-casts-named).
11806 ##### Note
11808 When unambiguous, the `T` can be left out of `T{e}`.
11810     complex<double> f(complex<double>);
11812     auto z = f({2*pi, 1});
11814 ##### Note
11816 The construction notation is the most general [initializer notation](#Res-list).
11818 ##### Exception
11820 `std::vector` and other containers were defined before we had `{}` as a notation for construction.
11821 Consider:
11823     vector<string> vs {10};                           // ten empty strings
11824     vector<int> vi1 {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};  // ten elements 1..10
11825     vector<int> vi2 {10};                             // one element with the value 10
11827 How do we get a `vector` of 10 default initialized `int`s?
11829     vector<int> v3(10); // ten elements with value 0
11831 The use of `()` rather than `{}` for number of elements is conventional (going back to the early 1980s), hard to change, but still
11832 a design error: for a container where the element type can be confused with the number of elements, we have an ambiguity that
11833 must be resolved.
11834 The conventional resolution is to interpret `{10}` as a list of one element and use `(10)` to distinguish a size.
11836 This mistake need not be repeated in new code.
11837 We can define a type to represent the number of elements:
11839     struct Count { int n; };
11841     template<typename T>
11842     class Vector {
11843     public:
11844         Vector(Count n);                     // n default-initialized elements
11845         Vector(initializer_list<T> init);    // init.size() elements
11846         // ...
11847     };
11849     Vector<int> v1{10};
11850     Vector<int> v2{Count{10}};
11851     Vector<Count> v3{Count{10}};    // yes, there is still a very minor problem
11853 The main problem left is to find a suitable name for `Count`.
11855 ##### Enforcement
11857 Flag the C-style `(T)e` and functional-style `T(e)` casts.
11860 ### <a name="Res-deref"></a>ES.65: Don't dereference an invalid pointer
11862 ##### Reason
11864 Dereferencing an invalid pointer, such as `nullptr`, is undefined behavior, typically leading to immediate crashes,
11865 wrong results, or memory corruption.
11867 ##### Note
11869 This rule is an obvious and well-known language rule, but can be hard to follow.
11870 It takes good coding style, library support, and static analysis to eliminate violations without major overhead.
11871 This is a major part of the discussion of [C++'s resource- and type-safety model](#Stroustrup15).
11873 **See also**:
11875 * Use [RAII](#Rr-raii) to avoid lifetime problems.
11876 * Use [unique_ptr](#Rf-unique_ptr) to avoid lifetime problems.
11877 * Use [shared_ptr](#Rf-shared_ptr) to avoid lifetime problems.
11878 * Use [references](#Rf-ptr-ref) when `nullptr` isn't a possibility.
11879 * Use [not_null](#Rf-not_null) to catch unexpected `nullptr` early.
11880 * Use the [bounds profile](#SS-bounds) to avoid range errors.
11883 ##### Example
11885     void f()
11886     {
11887         int x = 0;
11888         int* p = &x;
11890         if (condition()) {
11891             int y = 0;
11892             p = &y;
11893         } // invalidates p
11895         *p = 42;            // BAD, p might be invalid if the branch was taken
11896     }
11898 To resolve the problem, either extend the lifetime of the object the pointer is intended to refer to, or shorten the lifetime of the pointer (move the dereference to before the pointed-to object's lifetime ends).
11900     void f1()
11901     {
11902         int x = 0;
11903         int* p = &x;
11905         int y = 0;
11906         if (condition()) {
11907             p = &y;
11908         }
11910         *p = 42;            // OK, p points to x or y and both are still in scope
11911     }
11913 Unfortunately, most invalid pointer problems are harder to spot and harder to fix.
11915 ##### Example
11917     void f(int* p)
11918     {
11919         int x = *p; // BAD: how do we know that p is valid?
11920     }
11922 There is a huge amount of such code.
11923 Most works -- after lots of testing -- but in isolation it is impossible to tell whether `p` could be the `nullptr`.
11924 Consequently, this is also a major source of errors.
11925 There are many approaches to dealing with this potential problem:
11927     void f1(int* p) // deal with nullptr
11928     {
11929         if (!p) {
11930             // deal with nullptr (allocate, return, throw, make p point to something, whatever
11931         }
11932         int x = *p;
11933     }
11935 There are two potential problems with testing for `nullptr`:
11937 * it is not always obvious what to do what to do if we find `nullptr`
11938 * the test can be redundant and/or relatively expensive
11939 * it is not obvious if the test is to protect against a violation or part of the required logic.
11942     void f2(int* p) // state that p is not supposed to be nullptr
11943     {
11944         assert(p);
11945         int x = *p;
11946     }
11948 This would carry a cost only when the assertion checking was enabled and would give a compiler/analyzer useful information.
11949 This would work even better if/when C++ gets direct support for contracts:
11951     void f3(int* p) // state that p is not supposed to be nullptr
11952         [[expects: p]]
11953     {
11954         int x = *p;
11955     }
11957 Alternatively, we could use `gsl::not_null` to ensure that `p` is not the `nullptr`.
11959     void f(not_null<int*> p)
11960     {
11961         int x = *p;
11962     }
11964 These remedies take care of `nullptr` only.
11965 Remember that there are other ways of getting an invalid pointer.
11967 ##### Example
11969     void f(int* p)  // old code, doesn't use owner
11970     {
11971         delete p;
11972     }
11974     void g()        // old code: uses naked new
11975     {
11976         auto q = new int{7};
11977         f(q);
11978         int x = *q; // BAD: dereferences invalid pointer
11979     }
11981 ##### Example
11983     void f()
11984     {
11985         vector<int> v(10);
11986         int* p = &v[5];
11987         v.push_back(99); // could reallocate v's elements
11988         int x = *p; // BAD: dereferences potentially invalid pointer
11989     }
11991 ##### Enforcement
11993 This rule is part of the [lifetime profile](#Pro.lifetime)
11995 * Flag a dereference of a pointer that points to an object that has gone out of scope
11996 * Flag a dereference of a pointer that may have been invalidated by assigning a `nullptr`
11997 * Flag a dereference of a pointer that may have been invalidated by a `delete`
11998 * Flag a dereference to a pointer to a container element that may have been invalidated by dereference
12001 ## ES.stmt: Statements
12003 Statements control the flow of control (except for function calls and exception throws, which are expressions).
12005 ### <a name="Res-switch-if"></a>ES.70: Prefer a `switch`-statement to an `if`-statement when there is a choice
12007 ##### Reason
12009 * Readability.
12010 * Efficiency: A `switch` compares against constants and is usually better optimized than a series of tests in an `if`-`then`-`else` chain.
12011 * A `switch` enables some heuristic consistency checking. For example, have all values of an `enum` been covered? If not, is there a `default`?
12013 ##### Example
12015     void use(int n)
12016     {
12017         switch (n) {   // good
12018         case 0:   // ...
12019         case 7:   // ...
12020         }
12021     }
12023 rather than:
12025     void use2(int n)
12026     {
12027         if (n == 0)   // bad: if-then-else chain comparing against a set of constants
12028             // ...
12029         else if (n == 7)
12030             // ...
12031     }
12033 ##### Enforcement
12035 Flag `if`-`then`-`else` chains that check against constants (only).
12037 ### <a name="Res-for-range"></a>ES.71: Prefer a range-`for`-statement to a `for`-statement when there is a choice
12039 ##### Reason
12041 Readability. Error prevention. Efficiency.
12043 ##### Example
12045     for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i)   // bad
12046             cout << v[i] << '\n';
12048     for (auto p = v.begin(); p != v.end(); ++p)   // bad
12049         cout << *p << '\n';
12051     for (auto& x : v)    // OK
12052         cout << x << '\n';
12054     for (gsl::index i = 1; i < v.size(); ++i) // touches two elements: can't be a range-for
12055         cout << v[i] + v[i - 1] << '\n';
12057     for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i) // possible side effect: can't be a range-for
12058         cout << f(v, &v[i]) << '\n';
12060     for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i) { // body messes with loop variable: can't be a range-for
12061         if (i % 2 == 0)
12062             continue;   // skip even elements
12063         else
12064             cout << v[i] << '\n';
12065     }
12067 A human or a good static analyzer may determine that there really isn't a side effect on `v` in `f(v, &v[i])` so that the loop can be rewritten.
12069 "Messing with the loop variable" in the body of a loop is typically best avoided.
12071 ##### Note
12073 Don't use expensive copies of the loop variable of a range-`for` loop:
12075     for (string s : vs) // ...
12077 This will copy each elements of `vs` into `s`. Better:
12079     for (string& s : vs) // ...
12081 Better still, if the loop variable isn't modified or copied:
12083     for (const string& s : vs) // ...
12085 ##### Enforcement
12087 Look at loops, if a traditional loop just looks at each element of a sequence, and there are no side effects on what it does with the elements, rewrite the loop to a ranged-`for` loop.
12089 ### <a name="Res-for-while"></a>ES.72: Prefer a `for`-statement to a `while`-statement when there is an obvious loop variable
12091 ##### Reason
12093 Readability: the complete logic of the loop is visible "up front". The scope of the loop variable can be limited.
12095 ##### Example
12097     for (gsl::index i = 0; i < vec.size(); i++) {
12098         // do work
12099     }
12101 ##### Example, bad
12103     int i = 0;
12104     while (i < vec.size()) {
12105         // do work
12106         i++;
12107     }
12109 ##### Enforcement
12113 ### <a name="Res-while-for"></a>ES.73: Prefer a `while`-statement to a `for`-statement when there is no obvious loop variable
12115 ##### Reason
12117 Readability.
12119 ##### Example
12121     int events = 0;
12122     for (; wait_for_event(); ++events) {  // bad, confusing
12123         // ...
12124     }
12126 The "event loop" is misleading because the `events` counter has nothing to do with the loop condition (`wait_for_event()`).
12127 Better
12129     int events = 0;
12130     while (wait_for_event()) {      // better
12131         ++events;
12132         // ...
12133     }
12135 ##### Enforcement
12137 Flag actions in `for`-initializers and `for`-increments that do not relate to the `for`-condition.
12139 ### <a name="Res-for-init"></a>ES.74: Prefer to declare a loop variable in the initializer part of a `for`-statement
12141 ##### Reason
12143 Limit the loop variable visibility to the scope of the loop.
12144 Avoid using the loop variable for other purposes after the loop.
12146 ##### Example
12148     for (int i = 0; i < 100; ++i) {   // GOOD: i var is visible only inside the loop
12149         // ...
12150     }
12152 ##### Example, don't
12154     int j;                            // BAD: j is visible outside the loop
12155     for (j = 0; j < 100; ++j) {
12156         // ...
12157     }
12158     // j is still visible here and isn't needed
12160 **See also**: [Don't use a variable for two unrelated purposes](#Res-recycle)
12162 ##### Example
12164     for (string s; cin >> s; ) {
12165         cout << s << '\n';
12166     }
12168 ##### Enforcement
12170 Warn when a variable modified inside the `for`-statement is declared outside the loop and not being used outside the loop.
12172 **Discussion**: Scoping the loop variable to the loop body also helps code optimizers greatly. Recognizing that the induction variable
12173 is only accessible in the loop body unblocks optimizations such as hoisting, strength reduction, loop-invariant code motion, etc.
12175 ### <a name="Res-do"></a>ES.75: Avoid `do`-statements
12177 ##### Reason
12179 Readability, avoidance of errors.
12180 The termination condition is at the end (where it can be overlooked) and the condition is not checked the first time through.
12182 ##### Example
12184     int x;
12185     do {
12186         cin >> x;
12187         // ...
12188     } while (x < 0);
12190 ##### Note
12192 Yes, there are genuine examples where a `do`-statement is a clear statement of a solution, but also many bugs.
12194 ##### Enforcement
12196 Flag `do`-statements.
12198 ### <a name="Res-goto"></a>ES.76: Avoid `goto`
12200 ##### Reason
12202 Readability, avoidance of errors. There are better control structures for humans; `goto` is for machine generated code.
12204 ##### Exception
12206 Breaking out of a nested loop.
12207 In that case, always jump forwards.
12209     for (int i = 0; i < imax; ++i)
12210         for (int j = 0; j < jmax; ++j) {
12211             if (a[i][j] > elem_max) goto finished;
12212             // ...
12213         }
12214     finished:
12215     // ...
12217 ##### Example, bad
12219 There is a fair amount of use of the C goto-exit idiom:
12221     void f()
12222     {
12223         // ...
12224             goto exit;
12225         // ...
12226             goto exit;
12227         // ...
12228     exit:
12229         // ... common cleanup code ...
12230     }
12232 This is an ad-hoc simulation of destructors.
12233 Declare your resources with handles with destructors that clean up.
12234 If for some reason you cannot handle all cleanup with destructors for the variables used,
12235 consider `gsl::finally()` as a cleaner and more reliable alternative to `goto exit`
12237 ##### Enforcement
12239 * 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.
12241 ### <a name="Res-continue"></a>ES.77: Minimize the use of `break` and `continue` in loops
12243 ##### Reason
12245  In a non-trivial loop body, it is easy to overlook a `break` or a `continue`.
12247  A `break` in a loop has a dramatically different meaning than a `break` in a `switch`-statement
12248  (and you can have `switch`-statement in a loop and a loop in a `switch`-case).
12250 ##### Example
12252     ???
12254 ##### Alternative
12256 Often, a loop that requires a `break` is a good candidate for a function (algorithm), in which case the `break` becomes a `return`.
12258     ???
12260 Often. a loop that uses `continue` can equivalently and as clearly be expressed by an `if`-statement.
12262     ???
12264 ##### Note
12266 If you really need to break out a loop, a `break` is typically better than alternatives such as [modifying the loop variable](#Res-loop-counter) or a [`goto`](#Res-goto):
12269 ##### Enforcement
12273 ### <a name="Res-break"></a>ES.78: Always end a non-empty `case` with a `break`
12275 ##### Reason
12277  Accidentally leaving out a `break` is a fairly common bug.
12278  A deliberate fallthrough is a maintenance hazard.
12280 ##### Example
12282     switch (eventType) {
12283     case Information:
12284         update_status_bar();
12285         break;
12286     case Warning:
12287         write_event_log();
12288         // Bad - implicit fallthrough
12289     case Error:
12290         display_error_window();
12291         break;
12292     }
12294 It is easy to overlook the fallthrough. Be explicit:
12296     switch (eventType) {
12297     case Information:
12298         update_status_bar();
12299         break;
12300     case Warning:
12301         write_event_log();
12302         // fallthrough
12303     case Error:
12304         display_error_window();
12305         break;
12306     }
12308 In C++17, use a `[[fallthrough]]` annotation:
12310     switch (eventType) {
12311     case Information:
12312         update_status_bar();
12313         break;
12314     case Warning:
12315         write_event_log();
12316         [[fallthrough]];        // C++17
12317     case Error:
12318         display_error_window();
12319         break;
12320     }
12322 ##### Note
12324 Multiple case labels of a single statement is OK:
12326     switch (x) {
12327     case 'a':
12328     case 'b':
12329     case 'f':
12330         do_something(x);
12331         break;
12332     }
12334 ##### Enforcement
12336 Flag all fallthroughs from non-empty `case`s.
12338 ### <a name="Res-default"></a>ES.79: Use `default` to handle common cases (only)
12340 ##### Reason
12342  Code clarity.
12343  Improved opportunities for error detection.
12345 ##### Example
12347     enum E { a, b, c , d };
12349     void f1(E x)
12350     {
12351         switch (x) {
12352         case a:
12353             do_something();
12354             break;
12355         case b:
12356             do_something_else();
12357             break;
12358         default:
12359             take_the_default_action();
12360             break;
12361         }
12362     }
12364 Here it is clear that there is a default action and that cases `a` and `b` are special.
12366 ##### Example
12368 But what if there is no default action and you mean to handle only specific cases?
12369 In that case, have an empty default or else it is impossible to know if you meant to handle all cases:
12371     void f2(E x)
12372     {
12373         switch (x) {
12374         case a:
12375             do_something();
12376             break;
12377         case b:
12378             do_something_else();
12379             break;
12380         default:
12381             // do nothing for the rest of the cases
12382             break;
12383         }
12384     }
12386 If you leave out the `default`, a maintainer and/or a compiler may reasonably assume that you intended to handle all cases:
12388     void f2(E x)
12389     {
12390         switch (x) {
12391         case a:
12392             do_something();
12393             break;
12394         case b:
12395         case c:
12396             do_something_else();
12397             break;
12398         }
12399     }
12401 Did you forget case `d` or deliberately leave it out?
12402 Forgetting a case typically happens when a case is added to an enumeration and the person doing so fails to add it to every
12403 switch over the enumerators.
12405 ##### Enforcement
12407 Flag `switch`-statements over an enumeration that don't handle all enumerators and do not have a `default`.
12408 This may yield too many false positives in some code bases; if so, flag only `switch`es that handle most but not all cases
12409 (that was the strategy of the very first C++ compiler).
12411 ### <a name="Res-noname"></a>ES.84: Don't (try to) declare a local variable with no name
12413 ##### Reason
12415 There is no such thing.
12416 What looks to a human like a variable without a name is to the compiler a statement consisting of a temporary that immediately goes out of scope.
12417 To avoid unpleasant surprises.
12419 ##### Example, bad
12421     void f()
12422     {
12423         lock<mutex>{mx};   // Bad
12424         // ...
12425     }
12427 This declares an unnamed `lock` object that immediately goes out of scope at the point of the semicolon.
12428 This is not an uncommon mistake.
12429 In particular, this particular example can lead to hard-to find race conditions.
12430 There are exceedingly clever uses of this "idiom", but they are far rarer than the mistakes.
12432 ##### Note
12434 Unnamed function arguments are fine.
12436 ##### Enforcement
12438 Flag statements that are just a temporary
12440 ### <a name="Res-empty"></a>ES.85: Make empty statements visible
12442 ##### Reason
12444 Readability.
12446 ##### Example
12448     for (i = 0; i < max; ++i);   // BAD: the empty statement is easily overlooked
12449     v[i] = f(v[i]);
12451     for (auto x : v) {           // better
12452         // nothing
12453     }
12454     v[i] = f(v[i]);
12456 ##### Enforcement
12458 Flag empty statements that are not blocks and don't contain comments.
12460 ### <a name="Res-loop-counter"></a>ES.86: Avoid modifying loop control variables inside the body of raw for-loops
12462 ##### Reason
12464 The loop control up front should enable correct reasoning about what is happening inside the loop. Modifying loop counters in both the iteration-expression and inside the body of the loop is a perennial source of surprises and bugs.
12466 ##### Example
12468     for (int i = 0; i < 10; ++i) {
12469         // no updates to i -- ok
12470     }
12472     for (int i = 0; i < 10; ++i) {
12473         //
12474         if (/* something */) ++i; // BAD
12475         //
12476     }
12478     bool skip = false;
12479     for (int i = 0; i < 10; ++i) {
12480         if (skip) { skip = false; continue; }
12481         //
12482         if (/* something */) skip = true;  // Better: using two variable for two concepts.
12483         //
12484     }
12486 ##### Enforcement
12488 Flag variables that are potentially updated (have a non-`const` use) in both the loop control iteration-expression and the loop body.
12491 ### <a name="Res-if"></a>ES.87: Don't add redundant `==` or `!=` to conditions
12493 ##### Reason
12495 Doing so avoids verbosity and eliminates some opportunities for mistakes.
12496 Helps make style consistent and conventional.
12498 ##### Example
12500 By definition, a condition in an `if`-statement, `while`-statement, or a `for`-statement selects between `true` and `false`.
12501 A numeric value is compared to `0` and a pointer value to `nullptr`.
12503     // These all mean "if `p` is not `nullptr`"
12504     if (p) { ... }            // good
12505     if (p != 0) { ... }       // redundant `!=0`; bad: don't use 0 for pointers
12506     if (p != nullptr) { ... } // redundant `!=nullptr`, not recommended
12508 Often, `if (p)` is read as "if `p` is valid" which is a direct expression of the programmers intent,
12509 whereas `if (p != nullptr)` would be a long-winded workaround.
12511 ##### Example
12513 This rule is especially useful when a declaration is used as a condition
12515     if (auto pc = dynamic_cast<Circle>(ps)) { ... } // execute is ps points to a kind of Circle, good
12517     if (auto pc = dynamic_cast<Circle>(ps); pc != nullptr) { ... } // not recommended
12519 ##### Example
12521 Note that implicit conversions to bool are applied in conditions.
12522 For example:
12524     for (string s; cin >> s; ) v.push_back(s);
12526 This invokes `istream`'s `operator bool()`.
12528 ##### Note
12530 Explicit comparison of an integer to `0` is in general not redundant.
12531 The reason is that (as opposed to pointers and Booleans) an integer often has more than two reasonable values.
12532 Furthermore `0` (zero) is often used to indicate success.
12533 Consequently, it is best to be specific about the comparison.
12535     void f(int i)
12536     {
12537         if (i)            // suspect
12538         // ...
12539         if (i == success) // possibly better
12540         // ...
12541     }
12543 Always remember that an integer can have more that two values.
12545 ##### Example, bad
12547 It has been noted that
12549     if(strcmp(p1, p2)) { ... }   // are the two C-style strings equal? (mistake!)
12551 is a common beginners error.
12552 If you use C-style strings, you must know the `<cstring>` functions well.
12553 Being verbose and writing
12555     if(strcmp(p1, p2) != 0) { ... }   // are the two C-style strings equal? (mistake!)
12557 would not in itself save you.
12559 ##### Note
12561 The opposite condition is most easily expressed using a negation:
12563     // These all mean "if `p` is `nullptr`"
12564     if (!p) { ... }           // good
12565     if (p == 0) { ... }       // redundant `== 0`; bad: don't use `0` for pointers
12566     if (p == nullptr) { ... } // redundant `== nullptr`, not recommended
12568 ##### Enforcement
12570 Easy, just check for redundant use of `!=` and `==` in conditions.
12574 ## <a name="SS-numbers"></a>Arithmetic
12576 ### <a name="Res-mix"></a>ES.100: Don't mix signed and unsigned arithmetic
12578 ##### Reason
12580 Avoid wrong results.
12582 ##### Example
12584     int x = -3;
12585     unsigned int y = 7;
12587     cout << x - y << '\n';  // unsigned result, possibly 4294967286
12588     cout << x + y << '\n';  // unsigned result: 4
12589     cout << x * y << '\n';  // unsigned result, possibly 4294967275
12591 It is harder to spot the problem in more realistic examples.
12593 ##### Note
12595 Unfortunately, C++ uses signed integers for array subscripts and the standard library uses unsigned integers for container subscripts.
12596 This precludes consistency. Use `gsl::index` for subscripts; [see ES.107](#Res-subscripts).
12598 ##### Enforcement
12600 * Compilers already know and sometimes warn.
12601 * (To avoid noise) Do not flag on a mixed signed/unsigned comparison where one of the arguments is `sizeof` or a call to container `.size()` and the other is `ptrdiff_t`.
12604 ### <a name="Res-unsigned"></a>ES.101: Use unsigned types for bit manipulation
12606 ##### Reason
12608 Unsigned types support bit manipulation without surprises from sign bits.
12610 ##### Example
12612     unsigned char x = 0b1010'1010;
12613     unsigned char y = ~x;   // y == 0b0101'0101;
12615 ##### Note
12617 Unsigned types can also be useful for modulo arithmetic.
12618 However, if you want modulo arithmetic add
12619 comments as necessary noting the reliance on wraparound behavior, as such code
12620 can be surprising for many programmers.
12622 ##### Enforcement
12624 * Just about impossible in general because of the use of unsigned subscripts in the standard library
12625 * ???
12627 ### <a name="Res-signed"></a>ES.102: Use signed types for arithmetic
12629 ##### Reason
12631 Because most arithmetic is assumed to be signed;
12632 `x - y` yields a negative number when `y > x` except in the rare cases where you really want modulo arithmetic.
12634 ##### Example
12636 Unsigned arithmetic can yield surprising results if you are not expecting it.
12637 This is even more true for mixed signed and unsigned arithmetic.
12639     template<typename T, typename T2>
12640     T subtract(T x, T2 y)
12641     {
12642         return x - y;
12643     }
12645     void test()
12646     {
12647         int s = 5;
12648         unsigned int us = 5;
12649         cout << subtract(s, 7) << '\n';       // -2
12650         cout << subtract(us, 7u) << '\n';     // 4294967294
12651         cout << subtract(s, 7u) << '\n';      // -2
12652         cout << subtract(us, 7) << '\n';      // 4294967294
12653         cout << subtract(s, us + 2) << '\n';  // -2
12654         cout << subtract(us, s + 2) << '\n';  // 4294967294
12655     }
12657 Here we have been very explicit about what's happening,
12658 but if you had seen `us - (s + 2)` or `s += 2; ...; us - s`, would you reliably have suspected that the result would print as `4294967294`?
12660 ##### Exception
12662 Use unsigned types if you really want modulo arithmetic - add
12663 comments as necessary noting the reliance on overflow behavior, as such code
12664 is going to be surprising for many programmers.
12666 ##### Example
12668 The standard library uses unsigned types for subscripts.
12669 The built-in array uses signed types for subscripts.
12670 This makes surprises (and bugs) inevitable.
12672     int a[10];
12673     for (int i = 0; i < 10; ++i) a[i] = i;
12674     vector<int> v(10);
12675     // compares signed to unsigned; some compilers warn, but we should not
12676     for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i) v[i] = i;
12678     int a2[-2];         // error: negative size
12680     // OK, but the number of ints (4294967294) is so large that we should get an exception
12681     vector<int> v2(-2);
12683  Use `gsl::index` for subscripts; [see ES.107](#Res-subscripts).
12685 ##### Enforcement
12687 * Flag mixed signed and unsigned arithmetic
12688 * Flag results of unsigned arithmetic assigned to or printed as signed.
12689 * Flag unsigned literals (e.g. `-2`) used as container subscripts.
12690 * (To avoid noise) Do not flag on a mixed signed/unsigned comparison where one of the arguments is `sizeof` or a call to container `.size()` and the other is `ptrdiff_t`.
12693 ### <a name="Res-overflow"></a>ES.103: Don't overflow
12695 ##### Reason
12697 Overflow usually makes your numeric algorithm meaningless.
12698 Incrementing a value beyond a maximum value can lead to memory corruption and undefined behavior.
12700 ##### Example, bad
12702     int a[10];
12703     a[10] = 7;   // bad
12705     int n = 0;
12706     while (n++ < 10)
12707         a[n - 1] = 9; // bad (twice)
12709 ##### Example, bad
12711     int n = numeric_limits<int>::max();
12712     int m = n + 1;   // bad
12714 ##### Example, bad
12716     int area(int h, int w) { return h * w; }
12718     auto a = area(10'000'000, 100'000'000);   // bad
12720 ##### Exception
12722 Use unsigned types if you really want modulo arithmetic.
12724 **Alternative**: For critical applications that can afford some overhead, use a range-checked integer and/or floating-point type.
12726 ##### Enforcement
12730 ### <a name="Res-underflow"></a>ES.104: Don't underflow
12732 ##### Reason
12734 Decrementing a value beyond a minimum value can lead to memory corruption and undefined behavior.
12736 ##### Example, bad
12738     int a[10];
12739     a[-2] = 7;   // bad
12741     int n = 101;
12742     while (n--)
12743         a[n - 1] = 9;   // bad (twice)
12745 ##### Exception
12747 Use unsigned types if you really want modulo arithmetic.
12749 ##### Enforcement
12753 ### <a name="Res-zero"></a>ES.105: Don't divide by zero
12755 ##### Reason
12757 The result is undefined and probably a crash.
12759 ##### Note
12761 This also applies to `%`.
12763 ##### Example; bad
12765     double divide(int a, int b) {
12766         // BAD, should be checked (e.g., in a precondition)
12767         return a / b;
12768     }
12770 ##### Example; good
12772     double divide(int a, int b) {
12773         // good, address via precondition (and replace with contracts once C++ gets them)
12774         Expects(b != 0);
12775         return a / b;
12776     }
12778     double divide(int a, int b) {
12779         // good, address via check
12780         return b ? a / b : quiet_NaN<double>();
12781     }
12783 **Alternative**: For critical applications that can afford some overhead, use a range-checked integer and/or floating-point type.
12785 ##### Enforcement
12787 * Flag division by an integral value that could be zero
12790 ### <a name="Res-nonnegative"></a>ES.106: Don't try to avoid negative values by using `unsigned`
12792 ##### Reason
12794 Choosing `unsigned` implies many changes to the usual behavior of integers, including modulo arithmetic,
12795 can suppress warnings related to overflow,
12796 and opens the door for errors related to signed/unsigned mixes.
12797 Using `unsigned` doesn't actually eliminate the possibility of negative values.
12799 ##### Example
12801     unsigned int u1 = -2;   // Valid: the value of u1 is 4294967294
12802     int i1 = -2;
12803     unsigned int u2 = i1;   // Valid: the value of u2 is 4294967294
12804     int i2 = u2;            // Valid: the value of i2 is -2
12806 These problems with such (perfectly legal) constructs are hard to spot in real code and are the source of many real-world errors.
12807 Consider:
12809     unsigned area(unsigned height, unsigned width) { return height*width; } // [see also](#Ri-expects)
12810     // ...
12811     int height;
12812     cin >> height;
12813     auto a = area(height, 2);   // if the input is -2 a becomes 4294967292
12815 Remember that `-1` when assigned to an `unsigned int` becomes the largest `unsigned int`.
12816 Also, since unsigned arithmetic is modulo arithmetic the multiplication didn't overflow, it wrapped around.
12818 ##### Example
12820     unsigned max = 100000;    // "accidental typo", I mean to say 10'000
12821     unsigned short x = 100;
12822     while (x < max) x += 100; // infinite loop
12824 Had `x` been a signed `short`, we could have warned about the undefined behavior upon overflow.
12826 ##### Alternatives
12828 * use signed integers and check for `x >= 0`
12829 * use a positive integer type
12830 * use an integer subrange type
12831 * `Assert(-1 < x)`
12833 For example
12835     struct Positive {
12836         int val;
12837         Positive(int x) :val{x} { Assert(0 < x); }
12838         operator int() { return val; }
12839     };
12841     int f(Positive arg) { return arg; }
12843     int r1 = f(2);
12844     int r2 = f(-2);  // throws
12846 ##### Note
12850 ##### Enforcement
12852 Hard: there is a lot of code using `unsigned` and we don't offer a practical positive number type.
12855 ### <a name="Res-subscripts"></a>ES.107: Don't use `unsigned` for subscripts, prefer `gsl::index`
12857 ##### Reason
12859 To avoid signed/unsigned confusion.
12860 To enable better optimization.
12861 To enable better error detection.
12862 To avoid the pitfalls with `auto` and `int`.
12864 ##### Example, bad
12866     vector<int> vec = /*...*/;
12868     for (int i = 0; i < vec.size(); i += 2)                    // may not be big enough
12869         cout << vec[i] << '\n';
12870     for (unsigned i = 0; i < vec.size(); i += 2)               // risk wraparound
12871         cout << vec[i] << '\n';
12872     for (auto i = 0; i < vec.size(); i += 2)                   // may not be big enough
12873         cout << vec[i] << '\n';
12874     for (vector<int>::size_type i = 0; i < vec.size(); i += 2) // verbose
12875         cout << vec[i] << '\n';
12876     for (auto i = vec.size()-1; i >= 0; i -= 2)                // bug
12877         cout << vec[i] << '\n';
12878     for (int i = vec.size()-1; i >= 0; i -= 2)                 // may not be big enough
12879         cout << vec[i] << '\n';
12881 ##### Example, good
12883     vector<int> vec = /*...*/;
12885     for (gsl::index i = 0; i < vec.size(); i += 2)             // ok
12886         cout << vec[i] << '\n';
12887     for (gsl::index i = vec.size()-1; i >= 0; i -= 2)          // ok
12888         cout << vec[i] << '\n';
12890 ##### Note
12892 The built-in array uses signed subscripts.
12893 The standard-library containers use unsigned subscripts.
12894 Thus, no perfect and fully compatible solution is possible (unless and until the standard-library containers change to use signed subscripts someday in the future).
12895 Given the known problems with unsigned and signed/unsigned mixtures, better stick to (signed) integers of a sufficient size, which is guaranteed by `gsl::index`.
12897 ##### Example
12899     template<typename T>
12900     struct My_container {
12901     public:
12902         // ...
12903         T& operator[](gsl::index i);    // not unsigned
12904         // ...
12905     };
12907 ##### Example
12909     ??? demonstrate improved code generation and potential for error detection ???
12911 ##### Alternatives
12913 Alternatives for users
12915 * use algorithms
12916 * use range-for
12917 * use iterators/pointers
12919 ##### Enforcement
12921 * Very tricky as long as the standard-library containers get it wrong.
12922 * (To avoid noise) Do not flag on a mixed signed/unsigned comparison where one of the arguments is `sizeof` or a call to container `.size()` and the other is `ptrdiff_t`.
12927 # <a name="S-performance"></a>Per: Performance
12929 ??? should this section be in the main guide???
12931 This section contains rules for people who need high performance or low-latency.
12932 That is, these are rules that relate to how to use as little time and as few resources as possible to achieve a task in a predictably short time.
12933 The rules in this section are more restrictive and intrusive than what is needed for many (most) applications.
12934 Do not blindly try to follow them in general code: achieving the goals of low latency requires extra work.
12936 Performance rule summary:
12938 * [Per.1: Don't optimize without reason](#Rper-reason)
12939 * [Per.2: Don't optimize prematurely](#Rper-Knuth)
12940 * [Per.3: Don't optimize something that's not performance critical](#Rper-critical)
12941 * [Per.4: Don't assume that complicated code is necessarily faster than simple code](#Rper-simple)
12942 * [Per.5: Don't assume that low-level code is necessarily faster than high-level code](#Rper-low)
12943 * [Per.6: Don't make claims about performance without measurements](#Rper-measure)
12944 * [Per.7: Design to enable optimization](#Rper-efficiency)
12945 * [Per.10: Rely on the static type system](#Rper-type)
12946 * [Per.11: Move computation from run time to compile time](#Rper-Comp)
12947 * [Per.12: Eliminate redundant aliases](#Rper-alias)
12948 * [Per.13: Eliminate redundant indirections](#Rper-indirect)
12949 * [Per.14: Minimize the number of allocations and deallocations](#Rper-alloc)
12950 * [Per.15: Do not allocate on a critical branch](#Rper-alloc0)
12951 * [Per.16: Use compact data structures](#Rper-compact)
12952 * [Per.17: Declare the most used member of a time-critical struct first](#Rper-struct)
12953 * [Per.18: Space is time](#Rper-space)
12954 * [Per.19: Access memory predictably](#Rper-access)
12955 * [Per.30: Avoid context switches on the critical path](#Rper-context)
12957 ### <a name="Rper-reason"></a>Per.1: Don't optimize without reason
12959 ##### Reason
12961 If there is no need for optimization, the main result of the effort will be more errors and higher maintenance costs.
12963 ##### Note
12965 Some people optimize out of habit or because it's fun.
12969 ### <a name="Rper-Knuth"></a>Per.2: Don't optimize prematurely
12971 ##### Reason
12973 Elaborately optimized code is usually larger and harder to change than unoptimized code.
12977 ### <a name="Rper-critical"></a>Per.3: Don't optimize something that's not performance critical
12979 ##### Reason
12981 Optimizing a non-performance-critical part of a program has no effect on system performance.
12983 ##### Note
12985 If your program spends most of its time waiting for the web or for a human, optimization of in-memory computation is probably useless.
12987 Put another way: If your program spends 4% of its processing time doing
12988 computation A and 40% of its time doing computation B, a 50% improvement on A is
12989 only as impactful as a 5% improvement on B. (If you don't even know how much
12990 time is spent on A or B, see <a href="#Rper-reason">Per.1</a> and <a
12991 href="#Rper-Knuth">Per.2</a>.)
12993 ### <a name="Rper-simple"></a>Per.4: Don't assume that complicated code is necessarily faster than simple code
12995 ##### Reason
12997 Simple code can be very fast. Optimizers sometimes do marvels with simple code
12999 ##### Example, good
13001     // clear expression of intent, fast execution
13003     vector<uint8_t> v(100000);
13005     for (auto& c : v)
13006         c = ~c;
13008 ##### Example, bad
13010     // intended to be faster, but is actually slower
13012     vector<uint8_t> v(100000);
13014     for (size_t i = 0; i < v.size(); i += sizeof(uint64_t))
13015     {
13016         uint64_t& quad_word = *reinterpret_cast<uint64_t*>(&v[i]);
13017         quad_word = ~quad_word;
13018     }
13020 ##### Note
13026 ### <a name="Rper-low"></a>Per.5: Don't assume that low-level code is necessarily faster than high-level code
13028 ##### Reason
13030 Low-level code sometimes inhibits optimizations. Optimizers sometimes do marvels with high-level code.
13032 ##### Note
13038 ### <a name="Rper-measure"></a>Per.6: Don't make claims about performance without measurements
13040 ##### Reason
13042 The field of performance is littered with myth and bogus folklore.
13043 Modern hardware and optimizers defy naive assumptions; even experts are regularly surprised.
13045 ##### Note
13047 Getting good performance measurements can be hard and require specialized tools.
13049 ##### Note
13051 A few simple microbenchmarks using Unix `time` or the standard-library `<chrono>` can help dispel the most obvious myths.
13052 If you can't measure your complete system accurately, at least try to measure a few of your key operations and algorithms.
13053 A profiler can help tell you which parts of your system are performance critical.
13054 Often, you will be surprised.
13058 ### <a name="Rper-efficiency"></a>Per.7: Design to enable optimization
13060 ##### Reason
13062 Because we often need to optimize the initial design.
13063 Because a design that ignore the possibility of later improvement is hard to change.
13065 ##### Example
13067 From the C (and C++) standard:
13069     void qsort (void* base, size_t num, size_t size, int (*compar)(const void*, const void*));
13071 When did you even want to sort memory?
13072 Really, we sort sequences of elements, typically stored in containers.
13073 A call to `qsort` throws away much useful information (e.g., the element type), forces the user to repeat information
13074 already known (e.g., the element size), and forces the user to write extra code (e.g., a function to compare `double`s).
13075 This implies added work for the programmer, is error-prone, and deprives the compiler of information needed for optimization.
13077     double data[100];
13078     // ... fill a ...
13080     // 100 chunks of memory of sizeof(double) starting at
13081     // address data using the order defined by compare_doubles
13082     qsort(data, 100, sizeof(double), compare_doubles);
13084 From the point of view of interface design is that `qsort` throws away useful information.
13086 We can do better (in C++98)
13088     template<typename Iter>
13089         void sort(Iter b, Iter e);  // sort [b:e)
13091     sort(data, data + 100);
13093 Here, we use the compiler's knowledge about the size of the array, the type of elements, and how to compare `double`s.
13095 With C++11 plus [concepts](#SS-concepts), we can do better still
13097     // Sortable specifies that c must be a
13098     // random-access sequence of elements comparable with <
13099     void sort(Sortable& c);
13101     sort(c);
13103 The key is to pass sufficient information for a good implementation to be chosen.
13104 In this, the `sort` interfaces shown here still have a weakness:
13105 They implicitly rely on the element type having less-than (`<`) defined.
13106 To complete the interface, we need a second version that accepts a comparison criteria:
13108     // compare elements of c using p
13109     void sort(Sortable& c, Predicate<Value_type<Sortable>> p);
13111 The standard-library specification of `sort` offers those two versions,
13112 but the semantics is expressed in English rather than code using concepts.
13114 ##### Note
13116 Premature optimization is said to be [the root of all evil](#Rper-Knuth), but that's not a reason to despise performance.
13117 It is never premature to consider what makes a design amenable to improvement, and improved performance is a commonly desired improvement.
13118 Aim to build a set of habits that by default results in efficient, maintainable, and optimizable code.
13119 In particular, when you write a function that is not a one-off implementation detail, consider
13121 * Information passing:
13122 Prefer clean [interfaces](#S-interfaces) carrying sufficient information for later improvement of implementation.
13123 Note that information flows into and out of an implementation through the interfaces we provide.
13124 * Compact data: By default, [use compact data](#Rper-compact), such as `std::vector` and [access it in a systematic fashion](#Rper-access).
13125 If you think you need a linked structure, try to craft the interface so that this structure isn't seen by users.
13126 * Function argument passing and return:
13127 Distinguish between mutable and non-mutable data.
13128 Don't impose a resource management burden on your users.
13129 Don't impose spurious run-time indirections on your users.
13130 Use [conventional ways](#Rf-conventional) of passing information through an interface;
13131 unconventional and/or "optimized" ways of passing data can seriously complicate later reimplementation.
13132 * Abstraction:
13133 Don't overgeneralize; a design that tries to cater for every possible use (and misuse) and defers every design decision for later
13134 (using compile-time or run-time indirections) is usually a complicated, bloated, hard-to-understand mess.
13135 Generalize from concrete examples, preserving performance as we generalize.
13136 Do not generalize based on mere speculation about future needs.
13137 The ideal is zero-overhead generalization.
13138 * Libraries:
13139 Use libraries with good interfaces.
13140 If no library is available build one yourself and imitate the interface style from a good library.
13141 The [standard library](#S-stdlib) is a good first place to look for inspiration.
13142 * Isolation:
13143 Isolate your code from messy and/or old-style code by providing an interface of your choosing to it.
13144 This is sometimes called "providing a wrapper" for the useful/necessary but messy code.
13145 Don't let bad designs "bleed into" your code.
13147 ##### Example
13149 Consider:
13151     template <class ForwardIterator, class T>
13152     bool binary_search(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);
13154 `binary_search(begin(c), end(c), 7)` will tell you whether `7` is in `c` or not.
13155 However, it will not tell you where that `7` is or whether there are more than one `7`.
13157 Sometimes, just passing the minimal amount of information back (here, `true` or `false`) is sufficient, but a good interface passes
13158 needed information back to the caller. Therefore, the standard library also offers
13160     template <class ForwardIterator, class T>
13161     ForwardIterator lower_bound(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);
13163 `lower_bound` returns an iterator to the first match if any, otherwise `last`.
13165 However, `lower_bound` still doesn't return enough information for all uses, so the standard library also offers
13167     template <class ForwardIterator, class T>
13168     pair<ForwardIterator, ForwardIterator>
13169     equal_range(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);
13171 `equal_range` returns a `pair` of iterators specifying the first and one beyond last match.
13173     auto r = equal_range(begin(c), end(c), 7);
13174     for (auto p = r.first(); p != r.second(), ++p)
13175         cout << *p << '\n';
13177 Obviously, these three interfaces are implemented by the same basic code.
13178 They are simply three ways of presenting the basic binary search algorithm to users,
13179 ranging from the simplest ("make simple things simple!")
13180 to returning complete, but not always needed, information ("don't hide useful information").
13181 Naturally, crafting such a set of interfaces requires experience and domain knowledge.
13183 ##### Note
13185 Do not simply craft the interface to match the first implementation and the first use case you think of.
13186 Once your first initial implementation is complete, review it; once you deploy it, mistakes will be hard to remedy.
13188 ##### Note
13190 A need for efficiency does not imply a need for [low-level code](#Rper-low).
13191 High-level code does not imply slow or bloated.
13193 ##### Note
13195 Things have costs.
13196 Don't be paranoid about costs (modern computers really are very fast),
13197 but have a rough idea of the order of magnitude of cost of what you use.
13198 For example, have a rough idea of the cost of
13199 a memory access,
13200 a function call,
13201 a string comparison,
13202 a system call,
13203 a disk access,
13204 and a message through a network.
13206 ##### Note
13208 If you can only think of one implementation, you probably don't have something for which you can devise a stable interface.
13209 Maybe, it is just an implementation detail - not every piece of code needs a stable interface - but pause and consider.
13210 One question that can be useful is
13211 "what interface would be needed if this operation should be implemented using multiple threads? be vectorized?"
13213 ##### Note
13215 This rule does not contradict the [Don't optimize prematurely](#Rper-Knuth) rule.
13216 It complements it encouraging developers enable later - appropriate and non-premature - optimization, if and where needed.
13218 ##### Enforcement
13220 Tricky.
13221 Maybe looking for `void*` function arguments will find examples of interfaces that hinder later optimization.
13223 ### <a name="Rper-type"></a>Per.10: Rely on the static type system
13225 ##### Reason
13227 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.
13231 ### <a name="Rper-Comp"></a>Per.11: Move computation from run time to compile time
13233 ##### Reason
13235 To decrease code size and run time.
13236 To avoid data races by using constants.
13237 To catch errors at compile time (and thus eliminate the need for error-handling code).
13239 ##### Example
13241     double square(double d) { return d*d; }
13242     static double s2 = square(2);    // old-style: dynamic initialization
13244     constexpr double ntimes(double d, int n)   // assume 0 <= n
13245     {
13246             double m = 1;
13247             while (n--) m *= d;
13248             return m;
13249     }
13250     constexpr double s3 {ntimes(2, 3)};  // modern-style: compile-time initialization
13252 Code like the initialization of `s2` isn't uncommon, especially for initialization that's a bit more complicated than `square()`.
13253 However, compared to the initialization of `s3` there are two problems:
13255 * we suffer the overhead of a function call at run time
13256 * `s2` just might be accessed by another thread before the initialization happens.
13258 Note: you can't have a data race on a constant.
13260 ##### Example
13262 Consider a popular technique for providing a handle for storing small objects in the handle itself and larger ones on the heap.
13264     constexpr int on_stack_max = 20;
13266     template<typename T>
13267     struct Scoped {     // store a T in Scoped
13268             // ...
13269         T obj;
13270     };
13272     template<typename T>
13273     struct On_heap {    // store a T on the free store
13274             // ...
13275             T* objp;
13276     };
13278     template<typename T>
13279     using Handle = typename std::conditional<(sizeof(T) <= on_stack_max),
13280                         Scoped<T>,      // first alternative
13281                         On_heap<T>      // second alternative
13282                    >::type;
13284     void f()
13285     {
13286         Handle<double> v1;                   // the double goes on the stack
13287         Handle<std::array<double, 200>> v2;  // the array goes on the free store
13288         // ...
13289     }
13291 Assume that `Scoped` and `On_heap` provide compatible user interfaces.
13292 Here we compute the optimal type to use at compile time.
13293 There are similar techniques for selecting the optimal function to call.
13295 ##### Note
13297 The ideal is {not} to try execute everything at compile time.
13298 Obviously, most computations depend on inputs so they can't be moved to compile time,
13299 but beyond that logical constraint is the fact that complex compile-time computation can seriously increase compile times
13300 and complicate debugging.
13301 It is even possible to slow down code by compile-time computation.
13302 This is admittedly rare, but by factoring out a general computation into separate optimal sub-calculations it is possible to render the instruction cache less effective.
13304 ##### Enforcement
13306 * Look for simple functions that might be constexpr (but are not).
13307 * Look for functions called with all constant-expression arguments.
13308 * Look for macros that could be constexpr.
13310 ### <a name="Rper-alias"></a>Per.12: Eliminate redundant aliases
13314 ### <a name="Rper-indirect"></a>Per.13: Eliminate redundant indirections
13318 ### <a name="Rper-alloc"></a>Per.14: Minimize the number of allocations and deallocations
13322 ### <a name="Rper-alloc0"></a>Per.15: Do not allocate on a critical branch
13326 ### <a name="Rper-compact"></a>Per.16: Use compact data structures
13328 ##### Reason
13330 Performance is typically dominated by memory access times.
13334 ### <a name="Rper-struct"></a>Per.17: Declare the most used member of a time-critical struct first
13338 ### <a name="Rper-space"></a>Per.18: Space is time
13340 ##### Reason
13342 Performance is typically dominated by memory access times.
13346 ### <a name="Rper-access"></a>Per.19: Access memory predictably
13348 ##### Reason
13350 Performance is very sensitive to cache performance and cache algorithms favor simple (usually linear) access to adjacent data.
13352 ##### Example
13354     int matrix[rows][cols];
13356     // bad
13357     for (int c = 0; c < cols; ++c)
13358         for (int r = 0; r < rows; ++r)
13359             sum += matrix[r][c];
13361     // good
13362     for (int r = 0; r < rows; ++r)
13363         for (int c = 0; c < cols; ++c)
13364             sum += matrix[r][c];
13366 ### <a name="Rper-context"></a>Per.30: Avoid context switches on the critical path
13370 # <a name="S-concurrency"></a>CP: Concurrency and parallelism
13372 We often want our computers to do many tasks at the same time (or at least make them appear to do them at the same time).
13373 The reasons for doing so varies (e.g., wanting to wait for many events using only a single processor, processing many data streams simultaneously, or utilizing many hardware facilities)
13374 and so does the basic facilities for expressing concurrency and parallelism.
13375 Here, we articulate a few general principles and rules for using the ISO standard C++ facilities for expressing basic concurrency and parallelism.
13377 The core machine support for concurrent and parallel programming is the thread.
13378 Threads allow you to run multiple instances of your program independently, while sharing
13379 the same memory. Concurrent programming is tricky for many reasons, most
13380 importantly that it is undefined behavior to read data in one thread after it
13381 was written by another thread, if there is no proper synchronization between
13382 those threads. Making existing single-threaded code execute concurrently can be
13383 as trivial as adding `std::async` or `std::thread` strategically, or it can
13384 necessitate a full rewrite, depending on whether the original code was written
13385 in a thread-friendly way.
13387 The concurrency/parallelism rules in this document are designed with three goals
13388 in mind:
13390 * To help you write code that is amenable to being used in a threaded
13391   environment
13392 * To show clean, safe ways to use the threading primitives offered by the
13393   standard library
13394 * To offer guidance on what to do when concurrency and parallelism aren't giving
13395   you the performance gains you need
13397 It is also important to note that concurrency in C++ is an unfinished
13398 story. C++11 introduced many core concurrency primitives, C++14 improved on
13399 them, and it seems that there is much interest in making the writing of
13400 concurrent programs in C++ even easier. We expect some of the library-related
13401 guidance here to change significantly over time.
13403 This section needs a lot of work (obviously).
13404 Please note that we start with rules for relative non-experts.
13405 Real experts must wait a bit;
13406 contributions are welcome,
13407 but please think about the majority of programmers who are struggling to get their concurrent programs correct and performant.
13409 Concurrency and parallelism rule summary:
13411 * [CP.1: Assume that your code will run as part of a multi-threaded program](#Rconc-multi)
13412 * [CP.2: Avoid data races](#Rconc-races)
13413 * [CP.3: Minimize explicit sharing of writable data](#Rconc-data)
13414 * [CP.4: Think in terms of tasks, rather than threads](#Rconc-task)
13415 * [CP.8: Don't try to use `volatile` for synchronization](#Rconc-volatile)
13416 * [CP.9: Whenever feasible use tools to validate your concurrent code](#Rconc-tools)
13418 **See also**:
13420 * [CP.con: Concurrency](#SScp-con)
13421 * [CP.par: Parallelism](#SScp-par)
13422 * [CP.mess: Message passing](#SScp-mess)
13423 * [CP.vec: Vectorization](#SScp-vec)
13424 * [CP.free: Lock-free programming](#SScp-free)
13425 * [CP.etc: Etc. concurrency rules](#SScp-etc)
13427 ### <a name="Rconc-multi"></a>CP.1: Assume that your code will run as part of a multi-threaded program
13429 ##### Reason
13431 It is hard to be certain that concurrency isn't used now or will be sometime in the future.
13432 Code gets reused.
13433 Libraries using threads may be used from some other part of the program.
13434 Note that this applies most urgently to library code and least urgently to stand-alone applications.
13435 However, thanks to the magic of cut-and-paste, code fragments can turn up in unexpected places.
13437 ##### Example
13439     double cached_computation(double x)
13440     {
13441         static double cached_x = 0.0;
13442         static double cached_result = COMPUTATION_OF_ZERO;
13443         double result;
13445         if (cached_x == x)
13446             return cached_result;
13447         result = computation(x);
13448         cached_x = x;
13449         cached_result = result;
13450         return result;
13451     }
13453 Although `cached_computation` works perfectly in a single-threaded environment, in a multi-threaded environment the two `static` variables result in data races and thus undefined behavior.
13455 There are several ways that this example could be made safe for a multi-threaded environment:
13457 * Delegate concurrency concerns upwards to the caller.
13458 * Mark the `static` variables as `thread_local` (which might make caching less effective).
13459 * Implement concurrency control, for example, protecting the two `static` variables with a `static` lock (which might reduce performance).
13460 * Have the caller provide the memory to be used for the cache, thereby delegating both memory allocation and concurrency concerns upwards to the caller.
13461 * Refuse to build and/or run in a multi-threaded environment.
13462 * Provide two implementations, one which is used in single-threaded environments and another which is used in multi-threaded environments.
13464 ##### Exception
13466 Code that is never run in a multi-threaded environment.
13468 Be careful: there are many examples where code that was "known" to never run in a multi-threaded program
13469 was run as part of a multi-threaded program. Often years later.
13470 Typically, such programs lead to a painful effort to remove data races.
13471 Therefore, code that is never intended to run in a multi-threaded environment should be clearly labeled as such and ideally come with compile or run-time enforcement mechanisms to catch those usage bugs early.
13473 ### <a name="Rconc-races"></a>CP.2: Avoid data races
13475 ##### Reason
13477 Unless you do, nothing is guaranteed to work and subtle errors will persist.
13479 ##### Note
13481 In a nutshell, if two threads can access the same object concurrently (without synchronization), and at least one is a writer (performing a non-`const` operation), you have a data race.
13482 For further information of how to use synchronization well to eliminate data races, please consult a good book about concurrency.
13484 ##### Example, bad
13486 There are many examples of data races that exist, some of which are running in
13487 production software at this very moment. One very simple example:
13489     int get_id() {
13490       static int id = 1;
13491       return id++;
13492     }
13494 The increment here is an example of a data race. This can go wrong in many ways,
13495 including:
13497 * Thread A loads the value of `id`, the OS context switches A out for some
13498   period, during which other threads create hundreds of IDs. Thread A is then
13499   allowed to run again, and `id` is written back to that location as A's read of
13500   `id` plus one.
13501 * Thread A and B load `id` and increment it simultaneously.  They both get the
13502   same ID.
13504 Local static variables are a common source of data races.
13506 ##### Example, bad:
13508     void f(fstream&  fs, regex pat)
13509     {
13510         array<double, max> buf;
13511         int sz = read_vec(fs, buf, max);            // read from fs into buf
13512         gsl::span<double> s {buf};
13513         // ...
13514         auto h1 = async([&]{ sort(par, s); });     // spawn a task to sort
13515         // ...
13516         auto h2 = async([&]{ return find_all(buf, sz, pat); });   // spawn a task to find matches
13517         // ...
13518     }
13520 Here, we have a (nasty) data race on the elements of `buf` (`sort` will both read and write).
13521 All data races are nasty.
13522 Here, we managed to get a data race on data on the stack.
13523 Not all data races are as easy to spot as this one.
13525 ##### Example, bad:
13527     // code not controlled by a lock
13529     unsigned val;
13531     if (val < 5) {
13532         // ... other thread can change val here ...
13533         switch (val) {
13534         case 0: // ...
13535         case 1: // ...
13536         case 2: // ...
13537         case 3: // ...
13538         case 4: // ...
13539         }
13540     }
13542 Now, a compiler that does not know that `val` can change will  most likely implement that `switch` using a jump table with five entries.
13543 Then, a `val` outside the `[0..4]` range will cause a jump to an address that could be anywhere in the program, and execution would proceed there.
13544 Really, "all bets are off" if you get a data race.
13545 Actually, it can be worse still: by looking at the generated code you may be able to determine where the stray jump will go for a given value;
13546 this can be a security risk.
13548 ##### Enforcement
13550 Some is possible, do at least something.
13551 There are commercial and open-source tools that try to address this problem,
13552 but be aware that solutions have costs and blind spots.
13553 Static tools often have many false positives and run-time tools often have a significant cost.
13554 We hope for better tools.
13555 Using multiple tools can catch more problems than a single one.
13557 There are other ways you can mitigate the chance of data races:
13559 * Avoid global data
13560 * Avoid `static` variables
13561 * More use of value types on the stack (and don't pass pointers around too much)
13562 * More use of immutable data (literals, `constexpr`, and `const`)
13564 ### <a name="Rconc-data"></a>CP.3: Minimize explicit sharing of writable data
13566 ##### Reason
13568 If you don't share writable data, you can't have a data race.
13569 The less sharing you do, the less chance you have to forget to synchronize access (and get data races).
13570 The less sharing you do, the less chance you have to wait on a lock (so performance can improve).
13572 ##### Example
13574     bool validate(const vector<Reading>&);
13575     Graph<Temp_node> temperature_gradiants(const vector<Reading>&);
13576     Image altitude_map(const vector<Reading>&);
13577     // ...
13579     void process_readings(const vector<Reading>& surface_readings)
13580     {
13581         auto h1 = async([&] { if (!validate(surface_readings)) throw Invalid_data{}; });
13582         auto h2 = async([&] { return temperature_gradiants(surface_readings); });
13583         auto h3 = async([&] { return altitude_map(surface_readings); });
13584         // ...
13585         h1.get();
13586         auto v2 = h2.get();
13587         auto v3 = h3.get();
13588         // ...
13589     }
13591 Without those `const`s, we would have to review every asynchronously invoked function for potential data races on `surface_readings`.
13592 Making `surface_readings` be `const` (with respect to this function) allow reasoning using only the function body.
13594 ##### Note
13596 Immutable data can be safely and efficiently shared.
13597 No locking is needed: You can't have a data race on a constant.
13598 See also [CP.mess: Message Passing](#SScp-mess) and [CP.31: prefer pass by value](#Rconc-data-by-value).
13600 ##### Enforcement
13605 ### <a name="Rconc-task"></a>CP.4: Think in terms of tasks, rather than threads
13607 ##### Reason
13609 A `thread` is an implementation concept, a way of thinking about the machine.
13610 A task is an application notion, something you'd like to do, preferably concurrently with other tasks.
13611 Application concepts are easier to reason about.
13613 ##### Example
13615     void some_fun() {
13616         std::string  msg, msg2;
13617         std::thread publisher([&] { msg = "Hello"; });       // bad: less expressive
13618                                                              //      and more error-prone
13619         auto pubtask = std::async([&] { msg2 = "Hello"; });  // OK
13620         // ...
13621         publisher.join();
13622     }
13624 ##### Note
13626 With the exception of `async()`, the standard-library facilities are low-level, machine-oriented, threads-and-lock level.
13627 This is a necessary foundation, but we have to try to raise the level of abstraction: for productivity, for reliability, and for performance.
13628 This is a potent argument for using higher level, more applications-oriented libraries (if possibly, built on top of standard-library facilities).
13630 ##### Enforcement
13634 ### <a name="Rconc-volatile"></a>CP.8: Don't try to use `volatile` for synchronization
13636 ##### Reason
13638 In C++, unlike some other languages, `volatile` does not provide atomicity, does not synchronize between threads,
13639 and does not prevent instruction reordering (neither compiler nor hardware).
13640 It simply has nothing to do with concurrency.
13642 ##### Example, bad:
13644     int free_slots = max_slots; // current source of memory for objects
13646     Pool* use()
13647     {
13648         if (int n = free_slots--) return &pool[n];
13649     }
13651 Here we have a problem:
13652 This is perfectly good code in a single-threaded program, but have two threads execute this and
13653 there is a race condition on `free_slots` so that two threads might get the same value and `free_slots`.
13654 That's (obviously) a bad data race, so people trained in other languages may try to fix it like this:
13656     volatile int free_slots = max_slots; // current source of memory for objects
13658     Pool* use()
13659     {
13660         if (int n = free_slots--) return &pool[n];
13661     }
13663 This has no effect on synchronization: The data race is still there!
13665 The C++ mechanism for this is `atomic` types:
13667     atomic<int> free_slots = max_slots; // current source of memory for objects
13669     Pool* use()
13670     {
13671         if (int n = free_slots--) return &pool[n];
13672     }
13674 Now the `--` operation is atomic,
13675 rather than a read-increment-write sequence where another thread might get in-between the individual operations.
13677 ##### Alternative
13679 Use `atomic` types where you might have used `volatile` in some other language.
13680 Use a `mutex` for more complicated examples.
13682 ##### See also
13684 [(rare) proper uses of `volatile`](#Rconc-volatile2)
13686 ### <a name="Rconc-tools"></a>CP.9: Whenever feasible use tools to validate your concurrent code
13688 Experience shows that concurrent code is exceptionally hard to get right
13689 and that compile-time checking, run-time checks, and testing are less effective at finding concurrency errors
13690 than they are at finding errors in sequential code.
13691 Subtle concurrency errors can have dramatically bad effects, including memory corruption and deadlocks.
13693 ##### Example
13695     ???
13697 ##### Note
13699 Thread safety is challenging, often getting the better of experienced programmers: tooling is an important strategy to mitigate those risks.
13700 There are many tools "out there", both commercial and open-source tools, both research and production tools.
13701 Unfortunately people's needs and constraints differ so dramatically that we cannot make specific recommendations,
13702 but we can mention:
13704 * Static enforcement tools: both [clang](http://clang.llvm.org/docs/ThreadSafetyAnalysis.html)
13705 and some older versions of [GCC](https://gcc.gnu.org/wiki/ThreadSafetyAnnotation)
13706 have some support for static annotation of thread safety properties.
13707 Consistent use of this technique turns many classes of thread-safety errors into compile-time errors.
13708 The annotations are generally local (marking a particular member variable as guarded by a particular mutex),
13709 and are usually easy to learn. However, as with many static tools, it can often present false negatives;
13710 cases that should have been caught but were allowed.
13712 * dynamic enforcement tools: Clang's [Thread Sanitizer](http://clang.llvm.org/docs/ThreadSanitizer.html) (aka TSAN)
13713 is a powerful example of dynamic tools: it changes the build and execution of your program to add bookkeeping on memory access,
13714 absolutely identifying data races in a given execution of your binary.
13715 The cost for this is both memory (5-10x in most cases) and CPU slowdown (2-20x).
13716 Dynamic tools like this are best when applied to integration tests, canary pushes, or unittests that operate on multiple threads.
13717 Workload matters: When TSAN identifies a problem, it is effectively always an actual data race,
13718 but it can only identify races seen in a given execution.
13720 ##### Enforcement
13722 It is up to an application builder to choose which support tools are valuable for a particular applications.
13724 ## <a name="SScp-con"></a>CP.con: Concurrency
13726 This section focuses on relatively ad-hoc uses of multiple threads communicating through shared data.
13728 * For parallel algorithms, see [parallelism](#SScp-par)
13729 * For inter-task communication without explicit sharing, see [messaging](#SScp-mess)
13730 * For vector parallel code, see [vectorization](#SScp-vec)
13731 * For lock-free programming, see [lock free](#SScp-free)
13733 Concurrency rule summary:
13735 * [CP.20: Use RAII, never plain `lock()`/`unlock()`](#Rconc-raii)
13736 * [CP.21: Use `std::lock()` or `std::scoped_lock` to acquire multiple `mutex`es](#Rconc-lock)
13737 * [CP.22: Never call unknown code while holding a lock (e.g., a callback)](#Rconc-unknown)
13738 * [CP.23: Think of a joining `thread` as a scoped container](#Rconc-join)
13739 * [CP.24: Think of a `thread` as a global container](#Rconc-detach)
13740 * [CP.25: Prefer `gsl::joining_thread` over `std::thread`](#Rconc-joining_thread)
13741 * [CP.26: Don't `detach()` a thread](#Rconc-detached_thread)
13742 * [CP.31: Pass small amounts of data between threads by value, rather than by reference or pointer](#Rconc-data-by-value)
13743 * [CP.32: To share ownership between unrelated `thread`s use `shared_ptr`](#Rconc-shared)
13744 * [CP.40: Minimize context switching](#Rconc-switch)
13745 * [CP.41: Minimize thread creation and destruction](#Rconc-create)
13746 * [CP.42: Don't `wait` without a condition](#Rconc-wait)
13747 * [CP.43: Minimize time spent in a critical section](#Rconc-time)
13748 * [CP.44: Remember to name your `lock_guard`s and `unique_lock`s](#Rconc-name)
13749 * [CP.50: Define a `mutex` together with the data it guards. Use `synchronized_value<T>` where possible](#Rconc-mutex)
13750 * ??? when to use a spinlock
13751 * ??? when to use `try_lock()`
13752 * ??? when to prefer `lock_guard` over `unique_lock`
13753 * ??? Time multiplexing
13754 * ??? when/how to use `new thread`
13756 ### <a name="Rconc-raii"></a>CP.20: Use RAII, never plain `lock()`/`unlock()`
13758 ##### Reason
13760 Avoids nasty errors from unreleased locks.
13762 ##### Example, bad
13764     mutex mtx;
13766     void do_stuff()
13767     {
13768         mtx.lock();
13769         // ... do stuff ...
13770         mtx.unlock();
13771     }
13773 Sooner or later, someone will forget the `mtx.unlock()`, place a `return` in the `... do stuff ...`, throw an exception, or something.
13775     mutex mtx;
13777     void do_stuff()
13778     {
13779         unique_lock<mutex> lck {mtx};
13780         // ... do stuff ...
13781     }
13783 ##### Enforcement
13785 Flag calls of member `lock()` and `unlock()`.  ???
13788 ### <a name="Rconc-lock"></a>CP.21: Use `std::lock()` or `std::scoped_lock` to acquire multiple `mutex`es
13790 ##### Reason
13792 To avoid deadlocks on multiple `mutex`es.
13794 ##### Example
13796 This is asking for deadlock:
13798     // thread 1
13799     lock_guard<mutex> lck1(m1);
13800     lock_guard<mutex> lck2(m2);
13802     // thread 2
13803     lock_guard<mutex> lck2(m2);
13804     lock_guard<mutex> lck1(m1);
13806 Instead, use `lock()`:
13808     // thread 1
13809     lock(m1, m2);
13810     lock_guard<mutex> lck1(m1, adopt_lock);
13811     lock_guard<mutex> lck2(m2, adopt_lock);
13813     // thread 2
13814     lock(m2, m1);
13815     lock_guard<mutex> lck2(m2, adopt_lock);
13816     lock_guard<mutex> lck1(m1, adopt_lock);
13818 or (better, but C++17 only):
13820     // thread 1
13821     scoped_lock<mutex, mutex> lck1(m1, m2);
13823     // thread 2
13824     scoped_lock<mutex, mutex> lck2(m2, m1);
13826 Here, the writers of `thread1` and `thread2` are still not agreeing on the order of the `mutex`es, but order no longer matters.
13828 ##### Note
13830 In real code, `mutex`es are rarely named to conveniently remind the programmer of an intended relation and intended order of acquisition.
13831 In real code, `mutex`es are not always conveniently acquired on consecutive lines.
13833 In C++17 it's possible to write plain
13835     lock_guard lck1(m1, adopt_lock);
13837 and have the `mutex` type deduced.
13839 ##### Enforcement
13841 Detect the acquisition of multiple `mutex`es.
13842 This is undecidable in general, but catching common simple examples (like the one above) is easy.
13845 ### <a name="Rconc-unknown"></a>CP.22: Never call unknown code while holding a lock (e.g., a callback)
13847 ##### Reason
13849 If you don't know what a piece of code does, you are risking deadlock.
13851 ##### Example
13853     void do_this(Foo* p)
13854     {
13855         lock_guard<mutex> lck {my_mutex};
13856         // ... do something ...
13857         p->act(my_data);
13858         // ...
13859     }
13861 If you don't know what `Foo::act` does (maybe it is a virtual function invoking a derived class member of a class not yet written),
13862 it may call `do_this` (recursively) and cause a deadlock on `my_mutex`.
13863 Maybe it will lock on a different mutex and not return in a reasonable time, causing delays to any code calling `do_this`.
13865 ##### Example
13867 A common example of the "calling unknown code" problem is a call to a function that tries to gain locked access to the same object.
13868 Such problem can often be solved by using a `recursive_mutex`. For example:
13870     recursive_mutex my_mutex;
13872     template<typename Action>
13873     void do_something(Action f)
13874     {
13875         unique_lock<recursive_mutex> lck {my_mutex};
13876         // ... do something ...
13877         f(this);    // f will do something to *this
13878         // ...
13879     }
13881 If, as it is likely, `f()` invokes operations on `*this`, we must make sure that the object's invariant holds before the call.
13883 ##### Enforcement
13885 * Flag calling a virtual function with a non-recursive `mutex` held
13886 * Flag calling a callback with a non-recursive `mutex` held
13889 ### <a name="Rconc-join"></a>CP.23: Think of a joining `thread` as a scoped container
13891 ##### Reason
13893 To maintain pointer safety and avoid leaks, we need to consider what pointers are used by a `thread`.
13894 If a `thread` joins, we can safely pass pointers to objects in the scope of the `thread` and its enclosing scopes.
13896 ##### Example
13898     void f(int* p)
13899     {
13900         // ...
13901         *p = 99;
13902         // ...
13903     }
13904     int glob = 33;
13906     void some_fct(int* p)
13907     {
13908         int x = 77;
13909         joining_thread t0(f, &x);           // OK
13910         joining_thread t1(f, p);            // OK
13911         joining_thread t2(f, &glob);        // OK
13912         auto q = make_unique<int>(99);
13913         joining_thread t3(f, q.get());      // OK
13914         // ...
13915     }
13917 A `gsl::joining_thread` is a `std::thread` with a destructor that joins and that cannot be `detached()`.
13918 By "OK" we mean that the object will be in scope ("live") for as long as a `thread` can use the pointer to it.
13919 The fact that `thread`s run concurrently doesn't affect the lifetime or ownership issues here;
13920 these `thread`s can be seen as just a function object called from `some_fct`.
13922 ##### Enforcement
13924 Ensure that `joining_thread`s don't `detach()`.
13925 After that, the usual lifetime and ownership (for local objects) enforcement applies.
13927 ### <a name="Rconc-detach"></a>CP.24: Think of a `thread` as a global container
13929 ##### Reason
13931 To maintain pointer safety and avoid leaks, we need to consider what pointers are used by a `thread`.
13932 If a `thread` is detached, we can safely pass pointers to static and free store objects (only).
13934 ##### Example
13936     void f(int* p)
13937     {
13938         // ...
13939         *p = 99;
13940         // ...
13941     }
13943     int glob = 33;
13945     void some_fct(int* p)
13946     {
13947         int x = 77;
13948         std::thread t0(f, &x);           // bad
13949         std::thread t1(f, p);            // bad
13950         std::thread t2(f, &glob);        // OK
13951         auto q = make_unique<int>(99);
13952         std::thread t3(f, q.get());      // bad
13953         // ...
13954         t0.detach();
13955         t1.detach();
13956         t2.detach();
13957         t3.detach();
13958         // ...
13959     }
13961 By "OK" we mean that the object will be in scope ("live") for as long as a `thread` can use the pointers to it.
13962 By "bad" we mean that a `thread` may use a pointer after the pointed-to object is destroyed.
13963 The fact that `thread`s run concurrently doesn't affect the lifetime or ownership issues here;
13964 these `thread`s can be seen as just a function object called from `some_fct`.
13966 ##### Note
13968 Even objects with static storage duration can be problematic if used from detached threads: if the
13969 thread continues until the end of the program, it might be running concurrently with the destruction
13970 of objects with static storage duration, and thus accesses to such objects might race.
13972 ##### Note
13974 This rule is redundant if you [don't `detach()`](#Rconc-detached_thread) and [use `gsl::joining_thread`](#Rconc-joining_thread).
13975 However, converting code to follow those guidelines could be difficult and even impossible for third-party libraries.
13976 In such cases, the rule becomes essential for lifetime safety and type safety.
13979 In general, it is undecidable whether a `detach()` is executed for a `thread`, but simple common cases are easily detected.
13980 If we cannot prove that a `thread` does not `detach()`, we must assume that it does and that it outlives the scope in which it was constructed;
13981 After that, the usual lifetime and ownership (for global objects) enforcement applies.
13983 ##### Enforcement
13985 Flag attempts to pass local variables to a thread that might `detach()`.
13987 ### <a name="Rconc-joining_thread"></a>CP.25: Prefer `gsl::joining_thread` over `std::thread`
13989 ##### Reason
13991 A `joining_thread` is a thread that joins at the end of its scope.
13992 Detached threads are hard to monitor.
13993 It is harder to ensure absence of errors in detached threads (and potentially detached threads)
13995 ##### Example, bad
13997     void f() { std::cout << "Hello "; }
13999     struct F {
14000         void operator()() { std::cout << "parallel world "; }
14001     };
14003     int main()
14004     {
14005         std::thread t1{f};      // f() executes in separate thread
14006         std::thread t2{F()};    // F()() executes in separate thread
14007     }  // spot the bugs
14009 ##### Example
14011     void f() { std::cout << "Hello "; }
14013     struct F {
14014         void operator()() { std::cout << "parallel world "; }
14015     };
14017     int main()
14018     {
14019         std::thread t1{f};      // f() executes in separate thread
14020         std::thread t2{F()};    // F()() executes in separate thread
14022         t1.join();
14023         t2.join();
14024     }  // one bad bug left
14027 ##### Example, bad
14029 The code determining whether to `join()` or `detach()` may be complicated and even decided in the thread of functions called from it or functions called by the function that creates a thread:
14031     void tricky(thread* t, int n)
14032     {
14033         // ...
14034         if (is_odd(n))
14035             t->detach();
14036         // ...
14037     }
14039     void use(int n)
14040     {
14041         thread t { tricky, this, n };
14042         // ...
14043         // ... should I join here? ...
14044     }
14046 This seriously complicates lifetime analysis, and in not too unlikely cases makes lifetime analysis impossible.
14047 This implies that we cannot safely refer to local objects in `use()` from the thread or refer to local objects in the thread from `use()`.
14049 ##### Note
14051 Make "immortal threads" globals, put them in an enclosing scope, or put them on the free store rather than `detach()`.
14052 [don't `detach`](#Rconc-detached_thread).
14054 ##### Note
14056 Because of old code and third party libraries using `std::thread` this rule can be hard to introduce.
14058 ##### Enforcement
14060 Flag uses of `std::thread`:
14062 * Suggest use of `gsl::joining_thread`.
14063 * Suggest ["exporting ownership"](#Rconc-detached_thread) to an enclosing scope if it detaches.
14064 * Seriously warn if it is not obvious whether if joins of detaches.
14066 ### <a name="Rconc-detached_thread"></a>CP.26: Don't `detach()` a thread
14068 ##### Reason
14070 Often, the need to outlive the scope of its creation is inherent in the `thread`s task,
14071 but implementing that idea by `detach` makes it harder to monitor and communicate with the detached thread.
14072 In particular, it is harder (though not impossible) to ensure that the thread completed as expected or lives for as long as expected.
14074 ##### Example
14076     void heartbeat();
14078     void use()
14079     {
14080         std::thread t(heartbeat);             // don't join; heartbeat is meant to run forever
14081         t.detach();
14082         // ...
14083     }
14085 This is a reasonable use of a thread, for which `detach()` is commonly used.
14086 There are problems, though.
14087 How do we monitor the detached thread to see if it is alive?
14088 Something might go wrong with the heartbeat, and losing a heartbeat can be very serious in a system for which it is needed.
14089 So, we need to communicate with the heartbeat thread
14090 (e.g., through a stream of messages or notification events using a `condition_variable`).
14092 An alternative, and usually superior solution is to control its lifetime by placing it in a scope outside its point of creation (or activation).
14093 For example:
14095     void heartbeat();
14097     gsl::joining_thread t(heartbeat);             // heartbeat is meant to run "forever"
14099 This heartbeat will (barring error, hardware problems, etc.) run for as long as the program does.
14101 Sometimes, we need to separate the point of creation from the point of ownership:
14103     void heartbeat();
14105     unique_ptr<gsl::joining_thread> tick_tock {nullptr};
14107     void use()
14108     {
14109         // heartbeat is meant to run as long as tick_tock lives
14110         tick_tock = make_unique<gsl::joining_thread>(heartbeat);
14111         // ...
14112     }
14114 #### Enforcement
14116 Flag `detach()`.
14119 ### <a name="Rconc-data-by-value"></a>CP.31: Pass small amounts of data between threads by value, rather than by reference or pointer
14121 ##### Reason
14123 Copying a small amount of data is cheaper to copy and access than to share it using some locking mechanism.
14124 Copying naturally gives unique ownership (simplifies code) and eliminates the possibility of data races.
14126 ##### Note
14128 Defining "small amount" precisely is impossible.
14130 ##### Example
14132     string modify1(string);
14133     void modify2(shared_ptr<string>);
14135     void fct(string& s)
14136     {
14137         auto res = async(modify1, s);
14138         async(modify2, &s);
14139     }
14141 The call of `modify1` involves copying two `string` values; the call of `modify2` does not.
14142 On the other hand, the implementation of `modify1` is exactly as we would have written it for single-threaded code,
14143 whereas the implementation of `modify2` will need some form of locking to avoid data races.
14144 If the string is short (say 10 characters), the call of `modify1` can be surprisingly fast;
14145 essentially all the cost is in the `thread` switch. If the string is long (say 1,000,000 characters), copying it twice
14146 is probably not a good idea.
14148 Note that this argument has nothing to do with `async` as such. It applies equally to considerations about whether to use
14149 message passing or shared memory.
14151 ##### Enforcement
14156 ### <a name="Rconc-shared"></a>CP.32: To share ownership between unrelated `thread`s use `shared_ptr`
14158 ##### Reason
14160 If threads are unrelated (that is, not known to be in the same scope or one within the lifetime of the other)
14161 and they need to share free store memory that needs to be deleted, a `shared_ptr` (or equivalent) is the only
14162 safe way to ensure proper deletion.
14164 ##### Example
14166     ???
14168 ##### Note
14170 * A static object (e.g. a global) can be shared because it is not owned in the sense that some thread is responsible for its deletion.
14171 * An object on free store that is never to be deleted can be shared.
14172 * An object owned by one thread can be safely shared with another as long as that second thread doesn't outlive the owner.
14174 ##### Enforcement
14179 ### <a name="Rconc-switch"></a>CP.40: Minimize context switching
14181 ##### Reason
14183 Context switches are expensive.
14185 ##### Example
14187     ???
14189 ##### Enforcement
14194 ### <a name="Rconc-create"></a>CP.41: Minimize thread creation and destruction
14196 ##### Reason
14198 Thread creation is expensive.
14200 ##### Example
14202     void worker(Message m)
14203     {
14204         // process
14205     }
14207     void master(istream& is)
14208     {
14209         for (Message m; is >> m; )
14210             run_list.push_back(new thread(worker, m));
14211     }
14213 This spawns a `thread` per message, and the `run_list` is presumably managed to destroy those tasks once they are finished.
14215 Instead, we could have a set of pre-created worker threads processing the messages
14217     Sync_queue<Message> work;
14219     void master(istream& is)
14220     {
14221         for (Message m; is >> m; )
14222             work.put(m);
14223     }
14225     void worker()
14226     {
14227         for (Message m; m = work.get(); ) {
14228             // process
14229         }
14230     }
14232     void workers()  // set up worker threads (specifically 4 worker threads)
14233     {
14234         joining_thread w1 {worker};
14235         joining_thread w2 {worker};
14236         joining_thread w3 {worker};
14237         joining_thread w4 {worker};
14238     }
14240 ##### Note
14242 If your system has a good thread pool, use it.
14243 If your system has a good message queue, use it.
14245 ##### Enforcement
14250 ### <a name="Rconc-wait"></a>CP.42: Don't `wait` without a condition
14252 ##### Reason
14254 A `wait` without a condition can miss a wakeup or wake up simply to find that there is no work to do.
14256 ##### Example, bad
14258     std::condition_variable cv;
14259     std::mutex mx;
14261     void thread1()
14262     {
14263         while (true) {
14264             // do some work ...
14265             std::unique_lock<std::mutex> lock(mx);
14266             cv.notify_one();    // wake other thread
14267         }
14268     }
14270     void thread2()
14271     {
14272         while (true) {
14273             std::unique_lock<std::mutex> lock(mx);
14274             cv.wait(lock);    // might block forever
14275             // do work ...
14276         }
14277     }
14279 Here, if some other `thread` consumes `thread1`'s notification, `thread2` can wait forever.
14281 ##### Example
14283     template<typename T>
14284     class Sync_queue {
14285     public:
14286         void put(const T& val);
14287         void put(T&& val);
14288         void get(T& val);
14289     private:
14290         mutex mtx;
14291         condition_variable cond;    // this controls access
14292         list<T> q;
14293     };
14295     template<typename T>
14296     void Sync_queue<T>::put(const T& val)
14297     {
14298         lock_guard<mutex> lck(mtx);
14299         q.push_back(val);
14300         cond.notify_one();
14301     }
14303     template<typename T>
14304     void Sync_queue<T>::get(T& val)
14305     {
14306         unique_lock<mutex> lck(mtx);
14307         cond.wait(lck, [this]{ return !q.empty(); });    // prevent spurious wakeup
14308         val = q.front();
14309         q.pop_front();
14310     }
14312 Now if the queue is empty when a thread executing `get()` wakes up (e.g., because another thread has gotten to `get()` before it),
14313 it will immediately go back to sleep, waiting.
14315 ##### Enforcement
14317 Flag all `wait`s without conditions.
14320 ### <a name="Rconc-time"></a>CP.43: Minimize time spent in a critical section
14322 ##### Reason
14324 The less time is spent with a `mutex` taken, the less chance that another `thread` has to wait,
14325 and `thread` suspension and resumption are expensive.
14327 ##### Example
14329     void do_something() // bad
14330     {
14331         unique_lock<mutex> lck(my_lock);
14332         do0();  // preparation: does not need lock
14333         do1();  // transaction: needs locking
14334         do2();  // cleanup: does not need locking
14335     }
14337 Here, we are holding the lock for longer than necessary:
14338 We should not have taken the lock before we needed it and should have released it again before starting the cleanup.
14339 We could rewrite this to
14341     void do_something() // bad
14342     {
14343         do0();  // preparation: does not need lock
14344         my_lock.lock();
14345         do1();  // transaction: needs locking
14346         my_lock.unlock();
14347         do2();  // cleanup: does not need locking
14348     }
14350 But that compromises safety and violates the [use RAII](#Rconc-raii) rule.
14351 Instead, add a block for the critical section:
14353     void do_something() // OK
14354     {
14355         do0();  // preparation: does not need lock
14356         {
14357             unique_lock<mutex> lck(my_lock);
14358             do1();  // transaction: needs locking
14359         }
14360         do2();  // cleanup: does not need locking
14361     }
14363 ##### Enforcement
14365 Impossible in general.
14366 Flag "naked" `lock()` and `unlock()`.
14369 ### <a name="Rconc-name"></a>CP.44: Remember to name your `lock_guard`s and `unique_lock`s
14371 ##### Reason
14373 An unnamed local objects is a temporary that immediately goes out of scope.
14375 ##### Example
14377     unique_lock<mutex>(m1);
14378     lock_guard<mutex> {m2};
14379     lock(m1, m2);
14381 This looks innocent enough, but it isn't.
14383 ##### Enforcement
14385 Flag all unnamed `lock_guard`s and `unique_lock`s.
14389 ### <a name="Rconc-mutex"></a>CP.50: Define a `mutex` together with the data it guards. Use `synchronized_value<T>` where possible
14391 ##### Reason
14393 It should be obvious to a reader that the data is to be guarded and how. This decreases the chance of the wrong mutex being locked, or the mutex not being locked.
14395 Using a `synchronized_value<T>` ensures that the data has a mutex, and the right mutex is locked when the data is accessed.
14396 See the [WG21 proposal](http://wg21.link/p0290)) to add `synchronized_value` to a future TS or revision of the C++ standard.
14398 ##### Example
14400     struct Record {
14401         std::mutex m;   // take this mutex before accessing other members
14402         // ...
14403     };
14405     class MyClass {
14406         struct DataRecord {
14407            // ...
14408         };
14409         synchronized_value<DataRecord> data; // Protect the data with a mutex
14410     };
14412 ##### Enforcement
14414 ??? Possible?
14417 ## <a name="SScp-par"></a>CP.par: Parallelism
14419 By "parallelism" we refer to performing a task (more or less) simultaneously ("in parallel with") on many data items.
14421 Parallelism rule summary:
14423 * ???
14424 * ???
14425 * Where appropriate, prefer the standard-library parallel algorithms
14426 * Use algorithms that are designed for parallelism, not algorithms with unnecessary dependency on linear evaluation
14430 ## <a name="SScp-mess"></a>CP.mess: Message passing
14432 The standard-library facilities are quite low-level, focused on the needs of close-to the hardware critical programming using `thread`s, `mutex`es, `atomic` types, etc.
14433 Most people shouldn't work at this level: it's error-prone and development is slow.
14434 If possible, use a higher level facility: messaging libraries, parallel algorithms, and vectorization.
14435 This section looks at passing messages so that a programmer doesn't have to do explicit synchronization.
14437 Message passing rules summary:
14439 * [CP.60: Use a `future` to return a value from a concurrent task](#Rconc-future)
14440 * [CP.61: Use a `async()` to spawn a concurrent task](#Rconc-async)
14441 * message queues
14442 * messaging libraries
14444 ???? should there be a "use X rather than `std::async`" where X is something that would use a better specified thread pool?
14446 ??? 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?
14449 ### <a name="Rconc-future"></a>CP.60: Use a `future` to return a value from a concurrent task
14451 ##### Reason
14453 A `future` preserves the usual function call return semantics for asynchronous tasks.
14454 The is no explicit locking and both correct (value) return and error (exception) return are handled simply.
14456 ##### Example
14458     ???
14460 ##### Note
14464 ##### Enforcement
14468 ### <a name="Rconc-async"></a>CP.61: Use a `async()` to spawn a concurrent task
14470 ##### Reason
14472 A `future` preserves the usual function call return semantics for asynchronous tasks.
14473 The is no explicit locking and both correct (value) return and error (exception) return are handled simply.
14475 ##### Example
14477     ???
14479 ##### Note
14481 Unfortunately, `async()` is not perfect.
14482 For example, there is no guarantee that a thread pool is used to minimize thread construction.
14483 In fact, most current `async()` implementations don't.
14484 However, `async()` is simple and logically correct so until something better comes along
14485 and unless you really need to optimize for many asynchronous tasks, stick with `async()`.
14487 ##### Enforcement
14492 ## <a name="SScp-vec"></a>CP.vec: Vectorization
14494 Vectorization is a technique for executing a number of tasks concurrently without introducing explicit synchronization.
14495 An operation is simply applied to elements of a data structure (a vector, an array, etc.) in parallel.
14496 Vectorization has the interesting property of often requiring no non-local changes to a program.
14497 However, vectorization works best with simple data structures and with algorithms specifically crafted to enable it.
14499 Vectorization rule summary:
14501 * ???
14502 * ???
14504 ## <a name="SScp-free"></a>CP.free: Lock-free programming
14506 Synchronization using `mutex`es and `condition_variable`s can be relatively expensive.
14507 Furthermore, it can lead to deadlock.
14508 For performance and to eliminate the possibility of deadlock, we sometimes have to use the tricky low-level "lock-free" facilities
14509 that rely on briefly gaining exclusive ("atomic") access to memory.
14510 Lock-free programming is also used to implement higher-level concurrency mechanisms, such as `thread`s and `mutex`es.
14512 Lock-free programming rule summary:
14514 * [CP.100: Don't use lock-free programming unless you absolutely have to](#Rconc-lockfree)
14515 * [CP.101: Distrust your hardware/compiler combination](#Rconc-distrust)
14516 * [CP.102: Carefully study the literature](#Rconc-literature)
14517 * how/when to use atomics
14518 * avoid starvation
14519 * use a lock-free data structure rather than hand-crafting specific lock-free access
14520 * [CP.110: Do not write your own double-checked locking for initialization](#Rconc-double)
14521 * [CP.111: Use a conventional pattern if you really need double-checked locking](#Rconc-double-pattern)
14522 * how/when to compare and swap
14525 ### <a name="Rconc-lockfree"></a>CP.100: Don't use lock-free programming unless you absolutely have to
14527 ##### Reason
14529 It's error-prone and requires expert level knowledge of language features, machine architecture, and data structures.
14531 ##### Example, bad
14533     extern atomic<Link*> head;        // the shared head of a linked list
14535     Link* nh = new Link(data, nullptr);    // make a link ready for insertion
14536     Link* h = head.load();                 // read the shared head of the list
14538     do {
14539         if (h->data <= data) break;        // if so, insert elsewhere
14540         nh->next = h;                      // next element is the previous head
14541     } while (!head.compare_exchange_weak(h, nh));    // write nh to head or to h
14543 Spot the bug.
14544 It would be really hard to find through testing.
14545 Read up on the ABA problem.
14547 ##### Exception
14549 [Atomic variables](#???) can be used simply and safely, as long as you are using the sequentially consistent memory model (memory_order_seq_cst), which is the default.
14551 ##### Note
14553 Higher-level concurrency mechanisms, such as `thread`s and `mutex`es are implemented using lock-free programming.
14555 **Alternative**: Use lock-free data structures implemented by others as part of some library.
14558 ### <a name="Rconc-distrust"></a>CP.101: Distrust your hardware/compiler combination
14560 ##### Reason
14562 The low-level hardware interfaces used by lock-free programming are among the hardest to implement well and among
14563 the areas where the most subtle portability problems occur.
14564 If you are doing lock-free programming for performance, you need to check for regressions.
14566 ##### Note
14568 Instruction reordering (static and dynamic) makes it hard for us to think effectively at this level (especially if you use relaxed memory models).
14569 Experience, (semi)formal models and model checking can be useful.
14570 Testing - often to an extreme extent - is essential.
14571 "Don't fly too close to the sun."
14573 ##### Enforcement
14575 Have strong rules for re-testing in place that covers any change in hardware, operating system, compiler, and libraries.
14578 ### <a name="Rconc-literature"></a>CP.102: Carefully study the literature
14580 ##### Reason
14582 With the exception of atomics and a few use standard patterns, lock-free programming is really an expert-only topic.
14583 Become an expert before shipping lock-free code for others to use.
14585 ##### References
14587 * Anthony Williams: C++ concurrency in action. Manning Publications.
14588 * Boehm, Adve, You Don't Know Jack About Shared Variables or Memory Models , Communications of the ACM, Feb 2012.
14589 * Boehm, "Threads Basics", HPL TR 2009-259.
14590 * Adve, Boehm, "Memory Models: A Case for Rethinking Parallel Languages and Hardware", Communications of the ACM, August 2010.
14591 * Boehm, Adve, "Foundations of the C++ Concurrency Memory Model", PLDI 08.
14592 * Mark Batty, Scott Owens, Susmit Sarkar, Peter Sewell, and Tjark Weber, "Mathematizing C++ Concurrency", POPL 2011.
14593 * Damian Dechev, Peter Pirkelbauer, and Bjarne Stroustrup: Understanding and Effectively Preventing the ABA Problem in Descriptor-based Lock-free Designs. 13th IEEE Computer Society ISORC 2010 Symposium. May 2010.
14594 * Damian Dechev and Bjarne Stroustrup: Scalable Non-blocking Concurrent Objects for Mission Critical Code. ACM OOPSLA'09. October 2009
14595 * Damian Dechev, Peter Pirkelbauer, Nicolas Rouquette, and Bjarne Stroustrup: Semantically Enhanced Containers for Concurrent Real-Time Systems. Proc. 16th Annual IEEE International Conference and Workshop on the Engineering of Computer Based Systems (IEEE ECBS). April 2009.
14598 ### <a name="Rconc-double"></a>CP.110: Do not write your own double-checked locking for initialization
14600 ##### Reason
14602 Since C++11, static local variables are now initialized in a thread-safe way. When combined with the RAII pattern, static local variables can replace the need for writing your own double-checked locking for initialization. std::call_once can also achieve the same purpose. Use either static local variables of C++11 or std::call_once instead of writing your own double-checked locking for initialization.
14604 ##### Example
14606 Example with std::call_once.
14608     void f()
14609     {
14610         static std::once_flag my_once_flag;
14611         std::call_once(my_once_flag, []()
14612         {
14613             // do this only once
14614         });
14615         // ...
14616     }
14618 Example with thread-safe static local variables of C++11.
14620     void f()
14621     {
14622         // Assuming the compiler is compliant with C++11
14623         static My_class my_object; // Constructor called only once
14624         // ...
14625     }
14627     class My_class
14628     {
14629     public:
14630         My_class()
14631         {
14632             // do this only once
14633         }
14634     };
14636 ##### Enforcement
14638 ??? Is it possible to detect the idiom?
14641 ### <a name="Rconc-double-pattern"></a>CP.111: Use a conventional pattern if you really need double-checked locking
14643 ##### Reason
14645 Double-checked locking is easy to mess up. If you really need to write your own double-checked locking, in spite of the rules [CP.110: Do not write your own double-checked locking for initialization](#Rconc-double) and [CP.100: Don't use lock-free programming unless you absolutely have to](#Rconc-lockfree), then do it in a conventional pattern.
14647 The uses of the double-checked locking pattern that are not in violation of [CP.110: Do not write your own double-checked locking for initialization](#Rconc-double) arise when a non-thread-safe action is both hard and rare, and there exists a fast thread-safe test that can be used to guarantee that the action is not needed, but cannot be used to guarantee the converse.
14649 ##### Example, bad
14651 The use of volatile does not make the first check thread-safe, see also [CP.200: Use `volatile` only to talk to non-C++ memory](#Rconc-volatile2)
14653     mutex action_mutex;
14654     volatile bool action_needed;
14656     if (action_needed) {
14657         std::lock_guard<std::mutex> lock(action_mutex);
14658         if (action_needed) {
14659             take_action();
14660             action_needed = false;
14661         }
14662     }
14664 ##### Example, good
14666     mutex action_mutex;
14667     atomic<bool> action_needed;
14669     if (action_needed) {
14670         std::lock_guard<std::mutex> lock(action_mutex);
14671         if (action_needed) {
14672             take_action();
14673             action_needed = false;
14674         }
14675     }
14677 Fine-tuned memory order may be beneficial where acquire load is more efficient than sequentially-consistent load
14679     mutex action_mutex;
14680     atomic<bool> action_needed;
14682     if (action_needed.load(memory_order_acquire)) {
14683         lock_guard<std::mutex> lock(action_mutex);
14684         if (action_needed.load(memory_order_relaxed)) {
14685             take_action();
14686             action_needed.store(false, memory_order_release);
14687         }
14688     }
14690 ##### Enforcement
14692 ??? Is it possible to detect the idiom?
14695 ## <a name="SScp-etc"></a>CP.etc: Etc. concurrency rules
14697 These rules defy simple categorization:
14699 * [CP.200: Use `volatile` only to talk to non-C++ memory](#Rconc-volatile2)
14700 * [CP.201: ??? Signals](#Rconc-signal)
14702 ### <a name="Rconc-volatile2"></a>CP.200: Use `volatile` only to talk to non-C++ memory
14704 ##### Reason
14706 `volatile` is used to refer to objects that are shared with "non-C++" code or hardware that does not follow the C++ memory model.
14708 ##### Example
14710     const volatile long clock;
14712 This describes a register constantly updated by a clock circuit.
14713 `clock` is `volatile` because its value will change without any action from the C++ program that uses it.
14714 For example, reading `clock` twice will often yield two different values, so the optimizer had better not optimize away the second read in this code:
14716     long t1 = clock;
14717     // ... no use of clock here ...
14718     long t2 = clock;
14720 `clock` is `const` because the program should not try to write to `clock`.
14722 ##### Note
14724 Unless you are writing the lowest level code manipulating hardware directly, consider `volatile` an esoteric feature that is best avoided.
14726 ##### Example
14728 Usually C++ code receives `volatile` memory that is owned Elsewhere (hardware or another language):
14730     int volatile* vi = get_hardware_memory_location();
14731         // note: we get a pointer to someone else's memory here
14732         // volatile says "treat this with extra respect"
14734 Sometimes C++ code allocates the `volatile` memory and shares it with "elsewhere" (hardware or another language) by deliberately escaping a pointer:
14736     static volatile long vl;
14737     please_use_this(&vl);   // escape a reference to this to "elsewhere" (not C++)
14739 ##### Example; bad
14741 `volatile` local variables are nearly always wrong -- how can they be shared with other languages or hardware if they're ephemeral?
14742 The same applies almost as strongly to member variables, for the same reason.
14744     void f() {
14745         volatile int i = 0; // bad, volatile local variable
14746         // etc.
14747     }
14749     class My_type {
14750         volatile int i = 0; // suspicious, volatile member variable
14751         // etc.
14752     };
14754 ##### Note
14756 In C++, unlike in some other languages, `volatile` has [nothing to do with synchronization](#Rconc-volatile).
14758 ##### Enforcement
14760 * Flag `volatile T` local and member variables; almost certainly you intended to use `atomic<T>` instead.
14761 * ???
14763 ### <a name="Rconc-signal"></a>CP.201: ??? Signals
14765 ???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")
14768 # <a name="S-errors"></a>E: Error handling
14770 Error handling involves:
14772 * Detecting an error
14773 * Transmitting information about an error to some handler code
14774 * Preserve the state of a program in a valid state
14775 * Avoid resource leaks
14777 It is not possible to recover from all errors. If recovery from an error is not possible, it is important to quickly "get out" in a well-defined way. A strategy for error handling must be simple, or it becomes a source of even worse errors.  Untested and rarely executed error-handling code is itself the source of many bugs.
14779 The rules are designed to help avoid several kinds of errors:
14781 * Type violations (e.g., misuse of `union`s and casts)
14782 * Resource leaks (including memory leaks)
14783 * Bounds errors
14784 * Lifetime errors (e.g., accessing an object after is has been `delete`d)
14785 * Complexity errors (logical errors made likely by overly complex expression of ideas)
14786 * Interface errors (e.g., an unexpected value is passed through an interface)
14788 Error-handling rule summary:
14790 * [E.1: Develop an error-handling strategy early in a design](#Re-design)
14791 * [E.2: Throw an exception to signal that a function can't perform its assigned task](#Re-throw)
14792 * [E.3: Use exceptions for error handling only](#Re-errors)
14793 * [E.4: Design your error-handling strategy around invariants](#Re-design-invariants)
14794 * [E.5: Let a constructor establish an invariant, and throw if it cannot](#Re-invariant)
14795 * [E.6: Use RAII to prevent leaks](#Re-raii)
14796 * [E.7: State your preconditions](#Re-precondition)
14797 * [E.8: State your postconditions](#Re-postcondition)
14799 * [E.12: Use `noexcept` when exiting a function because of a `throw` is impossible or unacceptable](#Re-noexcept)
14800 * [E.13: Never throw while being the direct owner of an object](#Re-never-throw)
14801 * [E.14: Use purpose-designed user-defined types as exceptions (not built-in types)](#Re-exception-types)
14802 * [E.15: Catch exceptions from a hierarchy by reference](#Re-exception-ref)
14803 * [E.16: Destructors, deallocation, and `swap` must never fail](#Re-never-fail)
14804 * [E.17: Don't try to catch every exception in every function](#Re-not-always)
14805 * [E.18: Minimize the use of explicit `try`/`catch`](#Re-catch)
14806 * [E.19: Use a `final_action` object to express cleanup if no suitable resource handle is available](#Re-finally)
14808 * [E.25: If you can't throw exceptions, simulate RAII for resource management](#Re-no-throw-raii)
14809 * [E.26: If you can't throw exceptions, consider failing fast](#Re-no-throw-crash)
14810 * [E.27: If you can't throw exceptions, use error codes systematically](#Re-no-throw-codes)
14811 * [E.28: Avoid error handling based on global state (e.g. `errno`)](#Re-no-throw)
14813 * [E.30: Don't use exception specifications](#Re-specifications)
14814 * [E.31: Properly order your `catch`-clauses](#Re_catch)
14816 ### <a name="Re-design"></a>E.1: Develop an error-handling strategy early in a design
14818 ##### Reason
14820 A consistent and complete strategy for handling errors and resource leaks is hard to retrofit into a system.
14822 ### <a name="Re-throw"></a>E.2: Throw an exception to signal that a function can't perform its assigned task
14824 ##### Reason
14826 To make error handling systematic, robust, and non-repetitive.
14828 ##### Example
14830     struct Foo {
14831         vector<Thing> v;
14832         File_handle f;
14833         string s;
14834     };
14836     void use()
14837     {
14838         Foo bar {{Thing{1}, Thing{2}, Thing{monkey}}, {"my_file", "r"}, "Here we go!"};
14839         // ...
14840     }
14842 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.
14843 In each case, they throw an exception for `use()`'s caller to handle.
14844 If `use()` could handle the failure to construct `bar` it can take control using `try`/`catch`.
14845 In either case, `Foo`'s constructor correctly destroys constructed members before passing control to whatever tried to create a `Foo`.
14846 Note that there is no return value that could contain an error code.
14848 The `File_handle` constructor might be defined like this:
14850     File_handle::File_handle(const string& name, const string& mode)
14851         :f{fopen(name.c_str(), mode.c_str())}
14852     {
14853         if (!f)
14854             throw runtime_error{"File_handle: could not open " + name + " as " + mode};
14855     }
14857 ##### Note
14859 It is often said that exceptions are meant to signal exceptional events and failures.
14860 However, that's a bit circular because "what is exceptional?"
14861 Examples:
14863 * A precondition that cannot be met
14864 * A constructor that cannot construct an object (failure to establish its class's [invariant](#Rc-struct))
14865 * An out-of-range error (e.g., `v[v.size()] = 7`)
14866 * Inability to acquire a resource (e.g., the network is down)
14868 In contrast, termination of an ordinary loop is not exceptional.
14869 Unless the loop was meant to be infinite, termination is normal and expected.
14871 ##### Note
14873 Don't use a `throw` as simply an alternative way of returning a value from a function.
14875 ##### Exception
14877 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`.
14879 **See also**: [RAII](#Re-raii)
14881 **See also**: [discussion](#Sd-noexcept)
14883 ##### Note
14885 Before deciding that you cannot afford or don't like exception-based error handling, have a look at the [alternatives](#Re-no-throw-raii);
14886 they have their own complexities and problems.
14887 Also, as far as possible, measure before making claims about efficiency.
14889 ### <a name="Re-errors"></a>E.3: Use exceptions for error handling only
14891 ##### Reason
14893 To keep error handling separated from "ordinary code."
14894 C++ implementations tend to be optimized based on the assumption that exceptions are rare.
14896 ##### Example, don't
14898     // don't: exception not used for error handling
14899     int find_index(vector<string>& vec, const string& x)
14900     {
14901         try {
14902             for (gsl::index i = 0; i < vec.size(); ++i)
14903                 if (vec[i] == x) throw i;  // found x
14904         } catch (int i) {
14905             return i;
14906         }
14907         return -1;   // not found
14908     }
14910 This is more complicated and most likely runs much slower than the obvious alternative.
14911 There is nothing exceptional about finding a value in a `vector`.
14913 ##### Enforcement
14915 Would need to be heuristic.
14916 Look for exception values "leaked" out of `catch` clauses.
14918 ### <a name="Re-design-invariants"></a>E.4: Design your error-handling strategy around invariants
14920 ##### Reason
14922 To use an object it must be in a valid state (defined formally or informally by an invariant) and to recover from an error every object not destroyed must be in a valid state.
14924 ##### Note
14926 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.
14928 ##### Enforcement
14932 ### <a name="Re-invariant"></a>E.5: Let a constructor establish an invariant, and throw if it cannot
14934 ##### Reason
14936 Leaving an object without its invariant established is asking for trouble.
14937 Not all member functions can be called.
14939 ##### Example
14941     class Vector {  // very simplified vector of doubles
14942         // if elem != nullptr then elem points to sz doubles
14943     public:
14944         Vector() : elem{nullptr}, sz{0}{}
14945         Vector(int s) : elem{new double[s]}, sz{s} { /* initialize elements */ }
14946         ~Vector() { delete [] elem; }
14947         double& operator[](int s) { return elem[s]; }
14948         // ...
14949     private:
14950         owner<double*> elem;
14951         int sz;
14952     };
14954 The class invariant - here stated as a comment - is established by the constructors.
14955 `new` throws if it cannot allocate the required memory.
14956 The operators, notably the subscript operator, relies on the invariant.
14958 **See also**: [If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception](#Rc-throw)
14960 ##### Enforcement
14962 Flag classes with `private` state without a constructor (public, protected, or private).
14964 ### <a name="Re-raii"></a>E.6: Use RAII to prevent leaks
14966 ##### Reason
14968 Leaks are typically unacceptable.
14969 Manual resource release is error-prone.
14970 RAII ("Resource Acquisition Is Initialization") is the simplest, most systematic way of preventing leaks.
14972 ##### Example
14974     void f1(int i)   // Bad: possibly leak
14975     {
14976         int* p = new int[12];
14977         // ...
14978         if (i < 17) throw Bad{"in f()", i};
14979         // ...
14980     }
14982 We could carefully release the resource before the throw:
14984     void f2(int i)   // Clumsy and error-prone: explicit release
14985     {
14986         int* p = new int[12];
14987         // ...
14988         if (i < 17) {
14989             delete[] p;
14990             throw Bad{"in f()", i};
14991         }
14992         // ...
14993     }
14995 This is verbose. In larger code with multiple possible `throw`s explicit releases become repetitive and error-prone.
14997     void f3(int i)   // OK: resource management done by a handle (but see below)
14998     {
14999         auto p = make_unique<int[]>(12);
15000         // ...
15001         if (i < 17) throw Bad{"in f()", i};
15002         // ...
15003     }
15005 Note that this works even when the `throw` is implicit because it happened in a called function:
15007     void f4(int i)   // OK: resource management done by a handle (but see below)
15008     {
15009         auto p = make_unique<int[]>(12);
15010         // ...
15011         helper(i);   // may throw
15012         // ...
15013     }
15015 Unless you really need pointer semantics, use a local resource object:
15017     void f5(int i)   // OK: resource management done by local object
15018     {
15019         vector<int> v(12);
15020         // ...
15021         helper(i);   // may throw
15022         // ...
15023     }
15025 That's even simpler and safer, and often more efficient.
15027 ##### Note
15029 If there is no obvious resource handle and for some reason defining a proper RAII object/handle is infeasible,
15030 as a last resort, cleanup actions can be represented by a [`final_action`](#Re-finally) object.
15032 ##### Note
15034 But what do we do if we are writing a program where exceptions cannot be used?
15035 First challenge that assumption; there are many anti-exceptions myths around.
15036 We know of only a few good reasons:
15038 * We are on a system so small that the exception support would eat up most of our 2K memory.
15039 * We are in a hard-real-time system and we don't have tools that guarantee us that an exception is handled within the required time.
15040 * We are in a system with tons of legacy code using lots of pointers in difficult-to-understand ways
15041   (in particular without a recognizable ownership strategy) so that exceptions could cause leaks.
15042 * Our implementation of the C++ exception mechanisms is unreasonably poor
15043 (slow, memory consuming, failing to work correctly for dynamically linked libraries, etc.).
15044 Complain to your implementation purveyor; if no user complains, no improvement will happen.
15045 * We get fired if we challenge our manager's ancient wisdom.
15047 Only the first of these reasons is fundamental, so whenever possible, use exceptions to implement RAII, or design your RAII objects to never fail.
15048 When exceptions cannot be used, simulate RAII.
15049 That is, systematically check that objects are valid after construction and still release all resources in the destructor.
15050 One strategy is to add a `valid()` operation to every resource handle:
15052     void f()
15053     {
15054         vector<string> vs(100);   // not std::vector: valid() added
15055         if (!vs.valid()) {
15056             // handle error or exit
15057         }
15059         ifstream fs("foo");   // not std::ifstream: valid() added
15060         if (!fs.valid()) {
15061             // handle error or exit
15062         }
15064         // ...
15065     } // destructors clean up as usual
15067 Obviously, this increases the size of the code, doesn't allow for implicit propagation of "exceptions" (`valid()` checks), and `valid()` checks can be forgotten.
15068 Prefer to use exceptions.
15070 **See also**: [Use of `noexcept`](#Se-noexcept)
15072 ##### Enforcement
15076 ### <a name="Re-precondition"></a>E.7: State your preconditions
15078 ##### Reason
15080 To avoid interface errors.
15082 **See also**: [precondition rule](#Ri-pre)
15084 ### <a name="Re-postcondition"></a>E.8: State your postconditions
15086 ##### Reason
15088 To avoid interface errors.
15090 **See also**: [postcondition rule](#Ri-post)
15092 ### <a name="Re-noexcept"></a>E.12: Use `noexcept` when exiting a function because of a `throw` is impossible or unacceptable
15094 ##### Reason
15096 To make error handling systematic, robust, and efficient.
15098 ##### Example
15100     double compute(double d) noexcept
15101     {
15102         return log(sqrt(d <= 0 ? 1 : d));
15103     }
15105 Here, we know that `compute` will not throw because it is composed out of operations that don't throw.
15106 By declaring `compute` to be `noexcept`, we give the compiler and human readers information that can make it easier for them to understand and manipulate `compute`.
15108 ##### Note
15110 Many standard-library functions are `noexcept` including all the standard-library functions "inherited" from the C Standard Library.
15112 ##### Example
15114     vector<double> munge(const vector<double>& v) noexcept
15115     {
15116         vector<double> v2(v.size());
15117         // ... do something ...
15118     }
15120 The `noexcept` here states that I am not willing or able to handle the situation where I cannot construct the local `vector`.
15121 That is, I consider memory exhaustion a serious design error (on par with hardware failures) so that I'm willing to crash the program if it happens.
15123 ##### Note
15125 Do not use traditional [exception-specifications](#Re-specifications).
15127 ##### See also
15129 [discussion](#Sd-noexcept).
15131 ### <a name="Re-never-throw"></a>E.13: Never throw while being the direct owner of an object
15133 ##### Reason
15135 That would be a leak.
15137 ##### Example
15139     void leak(int x)   // don't: may leak
15140     {
15141         auto p = new int{7};
15142         if (x < 0) throw Get_me_out_of_here{};  // may leak *p
15143         // ...
15144         delete p;   // we may never get here
15145     }
15147 One way of avoiding such problems is to use resource handles consistently:
15149     void no_leak(int x)
15150     {
15151         auto p = make_unique<int>(7);
15152         if (x < 0) throw Get_me_out_of_here{};  // will delete *p if necessary
15153         // ...
15154         // no need for delete p
15155     }
15157 Another solution (often better) would be to use a local variable to eliminate explicit use of pointers:
15159     void no_leak_simplified(int x)
15160     {
15161         vector<int> v(7);
15162         // ...
15163     }
15165 ##### Note
15167 If you have local "things" that requires cleanup, but is not represented by an object with a destructor, such cleanup must
15168 also be done before a `throw`.
15169 Sometimes, [`finally()`](#Re-finally) can make such unsystematic cleanup a bit more manageable.
15171 ### <a name="Re-exception-types"></a>E.14: Use purpose-designed user-defined types as exceptions (not built-in types)
15173 ##### Reason
15175 A user-defined type is unlikely to clash with other people's exceptions.
15177 ##### Example
15179     void my_code()
15180     {
15181         // ...
15182         throw Moonphase_error{};
15183         // ...
15184     }
15186     void your_code()
15187     {
15188         try {
15189             // ...
15190             my_code();
15191             // ...
15192         }
15193         catch(const Bufferpool_exhausted&) {
15194             // ...
15195         }
15196     }
15198 ##### Example, don't
15200     void my_code()     // Don't
15201     {
15202         // ...
15203         throw 7;       // 7 means "moon in the 4th quarter"
15204         // ...
15205     }
15207     void your_code()   // Don't
15208     {
15209         try {
15210             // ...
15211             my_code();
15212             // ...
15213         }
15214         catch(int i) {  // i == 7 means "input buffer too small"
15215             // ...
15216         }
15217     }
15219 ##### Note
15221 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.
15223 ##### Example, don't
15225     void my_code()   // Don't
15226     {
15227         // ...
15228         throw runtime_error{"moon in the 4th quarter"};
15229         // ...
15230     }
15232     void your_code()   // Don't
15233     {
15234         try {
15235             // ...
15236             my_code();
15237             // ...
15238         }
15239         catch(const runtime_error&) {   // runtime_error means "input buffer too small"
15240             // ...
15241         }
15242     }
15244 **See also**: [Discussion](#Sd-???)
15246 ##### Enforcement
15248 Catch `throw` and `catch` of a built-in type. Maybe warn about `throw` and `catch` using a standard-library `exception` type. Obviously, exceptions derived from the `std::exception` hierarchy are fine.
15250 ### <a name="Re-exception-ref"></a>E.15: Catch exceptions from a hierarchy by reference
15252 ##### Reason
15254 To prevent slicing.
15256 ##### Example
15258     void f()
15259     {
15260         try {
15261             // ...
15262         }
15263         catch (exception e) {   // don't: may slice
15264             // ...
15265         }
15266     }
15268 Instead, use a reference:
15270     catch (exception& e) { /* ... */ }
15272 of - typically better still - a `const` reference:
15274     catch (const exception& e) { /* ... */ }
15276 Most handlers do not modify their exception and in general we [recommend use of `const`](#Res-const).
15278 ##### Note
15280 To rethrow a caught exception use `throw;` not `throw e;`. Using `throw e;` would throw a new copy of `e` (sliced to the static type `std::exception`) instead of rethrowing the original exception of type `std::runtime_error`. (But keep [Don't try to catch every exception in every function](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/CppCoreGuidelines.md#Re-not-always) and [Minimize the use of explicit `try`/`catch`](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/CppCoreGuidelines.md#Re-catch) in mind.)
15282 ##### Enforcement
15284 Flag by-value exceptions if their types are part of a hierarchy (could require whole-program analysis to be perfect).
15286 ### <a name="Re-never-fail"></a>E.16: Destructors, deallocation, and `swap` must never fail
15288 ##### Reason
15290 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.
15292 ##### Example, don't
15294     class Connection {
15295         // ...
15296     public:
15297         ~Connection()   // Don't: very bad destructor
15298         {
15299             if (cannot_disconnect()) throw I_give_up{information};
15300             // ...
15301         }
15302     };
15304 ##### Note
15306 Many have tried to write reliable code violating this rule for examples, such as a network connection that "refuses to close".
15307 To the best of our knowledge nobody has found a general way of doing this.
15308 Occasionally, for very specific examples, you can get away with setting some state for future cleanup.
15309 For example, we might put a socket that does not want to close on a "bad socket" list,
15310 to be examined by a regular sweep of the system state.
15311 Every example we have seen of this is error-prone, specialized, and often buggy.
15313 ##### Note
15315 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.
15317 ##### Note
15319 Deallocation functions, including `operator delete`, must be `noexcept`. `swap` functions must be `noexcept`.
15320 Most destructors are implicitly `noexcept` by default.
15321 Also, [make move operations `noexcept`](#Rc-move-noexcept).
15323 ##### Enforcement
15325 Catch destructors, deallocation operations, and `swap`s that `throw`.
15326 Catch such operations that are not `noexcept`.
15328 **See also**: [discussion](#Sd-never-fail)
15330 ### <a name="Re-not-always"></a>E.17: Don't try to catch every exception in every function
15332 ##### Reason
15334 Catching an exception in a function that cannot take a meaningful recovery action leads to complexity and waste.
15335 Let an exception propagate until it reaches a function that can handle it.
15336 Let cleanup actions on the unwinding path be handled by [RAII](#Re-raii).
15338 ##### Example, don't
15340     void f()   // bad
15341     {
15342         try {
15343             // ...
15344         }
15345         catch (...) {
15346             // no action
15347             throw;   // propagate exception
15348         }
15349     }
15351 ##### Enforcement
15353 * Flag nested try-blocks.
15354 * Flag source code files with a too high ratio of try-blocks to functions. (??? Problem: define "too high")
15356 ### <a name="Re-catch"></a>E.18: Minimize the use of explicit `try`/`catch`
15358 ##### Reason
15360  `try`/`catch` is verbose and non-trivial uses error-prone.
15361  `try`/`catch` can be a sign of unsystematic and/or low-level resource management or error handling.
15363 ##### Example, Bad
15365     void f(zstring s)
15366     {
15367         Gadget* p;
15368         try {
15369             p = new Gadget(s);
15370             // ...
15371             delete p;
15372         }
15373         catch (Gadget_construction_failure) {
15374             delete p;
15375             throw;
15376         }
15377     }
15379 This code is messy.
15380 There could be a leak from the naked pointer in the `try` block.
15381 Not all exceptions are handled.
15382 `deleting` an object that failed to construct is almost certainly a mistake.
15383 Better:
15385     void f2(zstring s)
15386     {
15387         Gadget g {s};
15388     }
15390 ##### Alternatives
15392 * proper resource handles and [RAII](#Re-raii)
15393 * [`finally`](#Re-finally)
15395 ##### Enforcement
15397 ??? hard, needs a heuristic
15399 ### <a name="Re-finally"></a>E.19: Use a `final_action` object to express cleanup if no suitable resource handle is available
15401 ##### Reason
15403 `finally` is less verbose and harder to get wrong than `try`/`catch`.
15405 ##### Example
15407     void f(int n)
15408     {
15409         void* p = malloc(1, n);
15410         auto _ = finally([p] { free(p); });
15411         // ...
15412     }
15414 ##### Note
15416 `finally` is not as messy as `try`/`catch`, but it is still ad-hoc.
15417 Prefer [proper resource management objects](#Re-raii).
15418 Consider `finally` a last resort.
15420 ##### Note
15422 Use of `finally` is a systematic and reasonably clean alternative to the old [`goto exit;` technique](#Re-no-throw-codes)
15423 for dealing with cleanup where resource management is not systematic.
15425 ##### Enforcement
15427 Heuristic: Detect `goto exit;`
15429 ### <a name="Re-no-throw-raii"></a>E.25: If you can't throw exceptions, simulate RAII for resource management
15431 ##### Reason
15433 Even without exceptions, [RAII](#Re-raii) is usually the best and most systematic way of dealing with resources.
15435 ##### Note
15437 Error handling using exceptions is the only complete and systematic way of handling non-local errors in C++.
15438 In particular, non-intrusively signaling failure to construct an object requires an exception.
15439 Signaling errors in a way that cannot be ignored requires exceptions.
15440 If you can't use exceptions, simulate their use as best you can.
15442 A lot of fear of exceptions is misguided.
15443 When used for exceptional circumstances in code that is not littered with pointers and complicated control structures,
15444 exception handling is almost always affordable (in time and space) and almost always leads to better code.
15445 This, of course, assumes a good implementation of the exception handling mechanisms, which is not available on all systems.
15446 There are also cases where the problems above do not apply, but exceptions cannot be used for other reasons.
15447 Some hard-real-time systems are an example: An operation has to be completed within a fixed time with an error or a correct answer.
15448 In the absence of appropriate time estimation tools, this is hard to guarantee for exceptions.
15449 Such systems (e.g. flight control software) typically also ban the use of dynamic (heap) memory.
15451 So, the primary guideline for error handling is "use exceptions and [RAII](#Re-raii)."
15452 This section deals with the cases where you either do not have an efficient implementation of exceptions,
15453 or have such a rat's nest of old-style code
15454 (e.g., lots of pointers, ill-defined ownership, and lots of unsystematic error handling based on tests of error codes)
15455 that it is infeasible to introduce simple and systematic exception handling.
15457 Before condemning exceptions or complaining too much about their cost, consider examples of the use of [error codes](#Re-no-throw-codes).
15458 Consider the cost and complexity of the use of error codes.
15459 If performance is your worry, measure.
15461 ##### Example
15463 Assume you wanted to write
15465     void func(zstring arg)
15466     {
15467         Gadget g {arg};
15468         // ...
15469     }
15471 If the `gadget` isn't correctly constructed, `func` exits with an exception.
15472 If we cannot throw an exception, we can simulate this RAII style of resource handling by adding a `valid()` member function to `Gadget`:
15474     error_indicator func(zstring arg)
15475     {
15476         Gadget g {arg};
15477         if (!g.valid()) return gadget_construction_error;
15478         // ...
15479         return 0;   // zero indicates "good"
15480     }
15482 The problem is of course that the caller now has to remember to test the return value.
15484 **See also**: [Discussion](#Sd-???)
15486 ##### Enforcement
15488 Possible (only) for specific versions of this idea: e.g., test for systematic test of `valid()` after resource handle construction
15490 ### <a name="Re-no-throw-crash"></a>E.26: If you can't throw exceptions, consider failing fast
15492 ##### Reason
15494 If you can't do a good job at recovering, at least you can get out before too much consequential damage is done.
15496 **See also**: [Simulating RAII](#Re-no-throw-raii)
15498 ##### Note
15500 If you cannot be systematic about error handling, consider "crashing" as a response to any error that cannot be handled locally.
15501 That is, if you cannot recover from an error in the context of the function that detected it, call `abort()`, `quick_exit()`,
15502 or a similar function that will trigger some sort of system restart.
15504 In systems where you have lots of processes and/or lots of computers, you need to expect and handle fatal crashes anyway,
15505 say from hardware failures.
15506 In such cases, "crashing" is simply leaving error handling to the next level of the system.
15508 ##### Example
15510     void f(int n)
15511     {
15512         // ...
15513         p = static_cast<X*>(malloc(n, X));
15514         if (!p) abort();     // abort if memory is exhausted
15515         // ...
15516     }
15518 Most programs cannot handle memory exhaustion gracefully anyway. This is roughly equivalent to
15520     void f(int n)
15521     {
15522         // ...
15523         p = new X[n];    // throw if memory is exhausted (by default, terminate)
15524         // ...
15525     }
15527 Typically, it is a good idea to log the reason for the "crash" before exiting.
15529 ##### Enforcement
15531 Awkward
15533 ### <a name="Re-no-throw-codes"></a>E.27: If you can't throw exceptions, use error codes systematically
15535 ##### Reason
15537 Systematic use of any error-handling strategy minimizes the chance of forgetting to handle an error.
15539 **See also**: [Simulating RAII](#Re-no-throw-raii)
15541 ##### Note
15543 There are several issues to be addressed:
15545 * how do you transmit an error indicator from out of a function?
15546 * how do you release all resources from a function before doing an error exit?
15547 * What do you use as an error indicator?
15549 In general, returning an error indicator implies returning two values: The result and an error indicator.
15550 The error indicator can be part of the object, e.g. an object can have a `valid()` indicator
15551 or a pair of values can be returned.
15553 ##### Example
15555     Gadget make_gadget(int n)
15556     {
15557         // ...
15558     }
15560     void user()
15561     {
15562         Gadget g = make_gadget(17);
15563         if (!g.valid()) {
15564                 // error handling
15565         }
15566         // ...
15567     }
15569 This approach fits with [simulated RAII resource management](#Re-no-throw-raii).
15570 The `valid()` function could return an `error_indicator` (e.g. a member of an `error_indicator` enumeration).
15572 ##### Example
15574 What if we cannot or do not want to modify the `Gadget` type?
15575 In that case, we must return a pair of values.
15576 For example:
15578     std::pair<Gadget, error_indicator> make_gadget(int n)
15579     {
15580         // ...
15581     }
15583     void user()
15584     {
15585         auto r = make_gadget(17);
15586         if (!r.second) {
15587                 // error handling
15588         }
15589         Gadget& g = r.first;
15590         // ...
15591     }
15593 As shown, `std::pair` is a possible return type.
15594 Some people prefer a specific type.
15595 For example:
15597     Gval make_gadget(int n)
15598     {
15599         // ...
15600     }
15602     void user()
15603     {
15604         auto r = make_gadget(17);
15605         if (!r.err) {
15606                 // error handling
15607         }
15608         Gadget& g = r.val;
15609         // ...
15610     }
15612 One reason to prefer a specific return type is to have names for its members, rather than the somewhat cryptic `first` and `second`
15613 and to avoid confusion with other uses of `std::pair`.
15615 ##### Example
15617 In general, you must clean up before an error exit.
15618 This can be messy:
15620     std::pair<int, error_indicator> user()
15621     {
15622         Gadget g1 = make_gadget(17);
15623         if (!g1.valid()) {
15624                 return {0, g1_error};
15625         }
15627         Gadget g2 = make_gadget(17);
15628         if (!g2.valid()) {
15629                 cleanup(g1);
15630                 return {0, g2_error};
15631         }
15633         // ...
15635         if (all_foobar(g1, g2)) {
15636             cleanup(g1);
15637             cleanup(g2);
15638             return {0, foobar_error};
15639         // ...
15641         cleanup(g1);
15642         cleanup(g2);
15643         return {res, 0};
15644     }
15646 Simulating RAII can be non-trivial, especially in functions with multiple resources and multiple possible errors.
15647 A not uncommon technique is to gather cleanup at the end of the function to avoid repetition:
15649     std::pair<int, error_indicator> user()
15650     {
15651         error_indicator err = 0;
15653         Gadget g1 = make_gadget(17);
15654         if (!g1.valid()) {
15655                 err = g1_error;
15656                 goto exit;
15657         }
15659         Gadget g2 = make_gadget(17);
15660         if (!g2.valid()) {
15661                 err = g2_error;
15662                 goto exit;
15663         }
15665         if (all_foobar(g1, g2)) {
15666             err = foobar_error;
15667             goto exit;
15668         }
15669         // ...
15671     exit:
15672       if (g1.valid()) cleanup(g1);
15673       if (g2.valid()) cleanup(g2);
15674       return {res, err};
15675     }
15677 The larger the function, the more tempting this technique becomes.
15678 `finally` can [ease the pain a bit](#Re-finally).
15679 Also, the larger the program becomes the harder it is to apply an error-indicator-based error-handling strategy systematically.
15681 We [prefer exception-based error handling](#Re-throw) and recommend [keeping functions short](#Rf-single).
15683 **See also**: [Discussion](#Sd-???)
15685 **See also**: [Returning multiple values](#Rf-out-multi)
15687 ##### Enforcement
15689 Awkward.
15691 ### <a name="Re-no-throw"></a>E.28: Avoid error handling based on global state (e.g. `errno`)
15693 ##### Reason
15695 Global state is hard to manage and it is easy to forget to check it.
15696 When did you last test the return value of `printf()`?
15698 **See also**: [Simulating RAII](#Re-no-throw-raii)
15700 ##### Example, bad
15702     ???
15704 ##### Note
15706 C-style error handling is based on the global variable `errno`, so it is essentially impossible to avoid this style completely.
15708 ##### Enforcement
15710 Awkward.
15713 ### <a name="Re-specifications"></a>E.30: Don't use exception specifications
15715 ##### Reason
15717 Exception specifications make error handling brittle, impose a run-time cost, and have been removed from the C++ standard.
15719 ##### Example
15721     int use(int arg)
15722         throw(X, Y)
15723     {
15724         // ...
15725         auto x = f(arg);
15726         // ...
15727     }
15729 If `f()` throws an exception different from `X` and `Y` the unexpected handler is invoked, which by default terminates.
15730 That's OK, but say that we have checked that this cannot happen and `f` is changed to throw a new exception `Z`,
15731 we now have a crash on our hands unless we change `use()` (and re-test everything).
15732 The snag is that `f()` may be in a library we do not control and the new exception is not anything that `use()` can do
15733 anything about or is in any way interested in.
15734 We can change `use()` to pass `Z` through, but now `use()`'s callers probably needs to be modified.
15735 This quickly becomes unmanageable.
15736 Alternatively, we can add a `try`-`catch` to `use()` to map `Z` into an acceptable exception.
15737 This too, quickly becomes unmanageable.
15738 Note that changes to the set of exceptions often happens at the lowest level of a system
15739 (e.g., because of changes to a network library or some middleware), so changes "bubble up" through long call chains.
15740 In a large code base, this could mean that nobody could update to a new version of a library until the last user was modified.
15741 If `use()` is part of a library, it may not be possible to update it because a change could affect unknown clients.
15743 The policy of letting exceptions propagate until they reach a function that potentially can handle it has proven itself over the years.
15745 ##### Note
15747 No. This would not be any better had exception specifications been statically enforced.
15748 For example, see [Stroustrup94](#Stroustrup94).
15750 ##### Note
15752 If no exception may be thrown, use [`noexcept`](#Re-noexcept) or its equivalent `throw()`.
15754 ##### Enforcement
15756 Flag every exception specification.
15758 ### <a name="Re_catch"></a>E.31: Properly order your `catch`-clauses
15760 ##### Reason
15762 `catch`-clauses are evaluated in the order they appear and one clause can hide another.
15764 ##### Example
15766     void f()
15767     {
15768         // ...
15769         try {
15770                 // ...
15771         }
15772         catch (Base& b) { /* ... */ }
15773         catch (Derived& d) { /* ... */ }
15774         catch (...) { /* ... */ }
15775         catch (std::exception& e){ /* ... */ }
15776     }
15778 If `Derived`is derived from `Base` the `Derived`-handler will never be invoked.
15779 The "catch everything" handler ensured that the `std::exception`-handler will never be invoked.
15781 ##### Enforcement
15783 Flag all "hiding handlers".
15785 # <a name="S-const"></a>Con: Constants and immutability
15787 You can't have a race condition on a constant.
15788 It is easier to reason about a program when many of the objects cannot change their values.
15789 Interfaces that promises "no change" of objects passed as arguments greatly increase readability.
15791 Constant rule summary:
15793 * [Con.1: By default, make objects immutable](#Rconst-immutable)
15794 * [Con.2: By default, make member functions `const`](#Rconst-fct)
15795 * [Con.3: By default, pass pointers and references to `const`s](#Rconst-ref)
15796 * [Con.4: Use `const` to define objects with values that do not change after construction](#Rconst-const)
15797 * [Con.5: Use `constexpr` for values that can be computed at compile time](#Rconst-constexpr)
15799 ### <a name="Rconst-immutable"></a>Con.1: By default, make objects immutable
15801 ##### Reason
15803 Immutable objects are easier to reason about, so make objects non-`const` only when there is a need to change their value.
15804 Prevents accidental or hard-to-notice change of value.
15806 ##### Example
15808     for (const int i : c) cout << i << '\n';    // just reading: const
15810     for (int i : c) cout << i << '\n';          // BAD: just reading
15812 ##### Exception
15814 Function arguments are rarely mutated, but also rarely declared const.
15815 To avoid confusion and lots of false positives, don't enforce this rule for function arguments.
15817     void f(const char* const p); // pedantic
15818     void g(const int i);        // pedantic
15820 Note that function parameter is a local variable so changes to it are local.
15822 ##### Enforcement
15824 * Flag non-`const` variables that are not modified (except for parameters to avoid many false positives)
15826 ### <a name="Rconst-fct"></a>Con.2: By default, make member functions `const`
15828 ##### Reason
15830 A member function should be marked `const` unless it changes the object's observable state.
15831 This gives a more precise statement of design intent, better readability, more errors caught by the compiler, and sometimes more optimization opportunities.
15833 ##### Example; bad
15835     class Point {
15836         int x, y;
15837     public:
15838         int getx() { return x; }    // BAD, should be const as it doesn't modify the object's state
15839         // ...
15840     };
15842     void f(const Point& pt) {
15843         int x = pt.getx();          // ERROR, doesn't compile because getx was not marked const
15844     }
15846 ##### Note
15848 It is not inherently bad to pass a pointer or reference to non-`const`,
15849 but that should be done only when the called function is supposed to modify the object.
15850 A reader of code must assume that a function that takes a "plain" `T*` or `T&` will modify the object referred to.
15851 If it doesn't now, it might do so later without forcing recompilation.
15853 ##### Note
15855 There are code/libraries that are offer functions that declare a`T*` even though
15856 those function do not modify that `T`.
15857 This is a problem for people modernizing code.
15858 You can
15860 * update the library to be `const`-correct; preferred long-term solution
15861 * "cast away `const`"; [best avoided](#Res-casts-const)
15862 * provide a wrapper function
15864 Example:
15866     void f(int* p);   // old code: f() does not modify `*p`
15867     void f(const int* p) { f(const_cast<int*>(p)); } // wrapper
15869 Note that this wrapper solution is a patch that should be used only when the declaration of `f()` cannot be be modified,
15870 e.g. because it is in a library that you cannot modify.
15872 ##### Note
15874 A `const` member function can modify the value of an object that is `mutable` or accessed through a pointer member.
15875 A common use is to maintain a cache rather than repeatedly do a complicated computation.
15876 For example, here is a `Date` that caches (mnemonizes) its string representation to simplify repeated uses:
15878     class Date {
15879     public:
15880         // ...
15881         const string& string_ref() const
15882         {
15883             if (string_val == "") compute_string_rep();
15884             return string_val;
15885         }
15886         // ...
15887     private:
15888         void compute_string_rep() const;    // compute string representation and place it in string_val
15889         mutable string string_val;
15890         // ...
15891     };
15893 Another way of saying this is that `const`ness is not transitive.
15894 It is possible for a `const` member function to change the value of `mutable` members and the value of objects accessed
15895 through non-`const` pointers.
15896 It is the job of the class to ensure such mutation is done only when it makes sense according to the semantics (invariants)
15897 it offers to its users.
15899 **See also**: [Pimpl](#Ri-pimpl)
15901 ##### Enforcement
15903 * Flag a member function that is not marked `const`, but that does not perform a non-`const` operation on any member variable.
15905 ### <a name="Rconst-ref"></a>Con.3: By default, pass pointers and references to `const`s
15907 ##### Reason
15909  To avoid a called function unexpectedly changing the value.
15910  It's far easier to reason about programs when called functions don't modify state.
15912 ##### Example
15914     void f(char* p);        // does f modify *p? (assume it does)
15915     void g(const char* p);  // g does not modify *p
15917 ##### Note
15919 It is not inherently bad to pass a pointer or reference to non-`const`,
15920 but that should be done only when the called function is supposed to modify the object.
15922 ##### Note
15924 [Do not cast away `const`](#Res-casts-const).
15926 ##### Enforcement
15928 * Flag function that does not modify an object passed by  pointer or reference to non-`const`
15929 * Flag a function that (using a cast) modifies an object passed by pointer or reference to `const`
15931 ### <a name="Rconst-const"></a>Con.4: Use `const` to define objects with values that do not change after construction
15933 ##### Reason
15935  Prevent surprises from unexpectedly changed object values.
15937 ##### Example
15939     void f()
15940     {
15941         int x = 7;
15942         const int y = 9;
15944         for (;;) {
15945             // ...
15946         }
15947         // ...
15948     }
15950 As `x` is not `const`, we must assume that it is modified somewhere in the loop.
15952 ##### Enforcement
15954 * Flag unmodified non-`const` variables.
15956 ### <a name="Rconst-constexpr"></a>Con.5: Use `constexpr` for values that can be computed at compile time
15958 ##### Reason
15960 Better performance, better compile-time checking, guaranteed compile-time evaluation, no possibility of race conditions.
15962 ##### Example
15964     double x = f(2);            // possible run-time evaluation
15965     const double y = f(2);      // possible run-time evaluation
15966     constexpr double z = f(2);  // error unless f(2) can be evaluated at compile time
15968 ##### Note
15970 See F.4.
15972 ##### Enforcement
15974 * Flag `const` definitions with constant expression initializers.
15976 # <a name="S-templates"></a>T: Templates and generic programming
15978 Generic programming is programming using types and algorithms parameterized by types, values, and algorithms.
15979 In C++, generic programming is supported by the `template` language mechanisms.
15981 Arguments to generic functions are characterized by sets of requirements on the argument types and values involved.
15982 In C++, these requirements are expressed by compile-time predicates called concepts.
15984 Templates can also be used for meta-programming; that is, programs that compose code at compile time.
15986 A central notion in generic programming is "concepts"; that is, requirements on template arguments presented as compile-time predicates.
15987 "Concepts" are defined in an ISO Technical specification: [concepts](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
15988 A draft of a set of standard-library concepts can be found in another ISO TS: [ranges](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4569.pdf)
15989 Concepts are supported in GCC 6.1 and later.
15990 Consequently, we comment out uses of concepts in examples; that is, we use them as formalized comments only.
15991 If you use GCC 6.1 or later, you can uncomment them.
15993 Template use rule summary:
15995 * [T.1: Use templates to raise the level of abstraction of code](#Rt-raise)
15996 * [T.2: Use templates to express algorithms that apply to many argument types](#Rt-algo)
15997 * [T.3: Use templates to express containers and ranges](#Rt-cont)
15998 * [T.4: Use templates to express syntax tree manipulation](#Rt-expr)
15999 * [T.5: Combine generic and OO techniques to amplify their strengths, not their costs](#Rt-generic-oo)
16001 Concept use rule summary:
16003 * [T.10: Specify concepts for all template arguments](#Rt-concepts)
16004 * [T.11: Whenever possible use standard concepts](#Rt-std-concepts)
16005 * [T.12: Prefer concept names over `auto` for local variables](#Rt-auto)
16006 * [T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts](#Rt-shorthand)
16007 * ???
16009 Concept definition rule summary:
16011 * [T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics](#Rt-low)
16012 * [T.21: Require a complete set of operations for a concept](#Rt-complete)
16013 * [T.22: Specify axioms for concepts](#Rt-axiom)
16014 * [T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns](#Rt-refine)
16015 * [T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics](#Rt-tag)
16016 * [T.25: Avoid complementary constraints](#Rt-not)
16017 * [T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax](#Rt-use)
16018 * [T.30: Use concept negation (`!C<T>`) sparingly to express a minor difference](#Rt-not)
16019 * [T.31: Use concept disjunction (`C1<T> || C2<T>`) sparingly to express alternatives](#Rt-or)
16020 * ???
16022 Template interface rule summary:
16024 * [T.40: Use function objects to pass operations to algorithms](#Rt-fo)
16025 * [T.41: Require only essential properties in a template's concepts](#Rt-essential)
16026 * [T.42: Use template aliases to simplify notation and hide implementation details](#Rt-alias)
16027 * [T.43: Prefer `using` over `typedef` for defining aliases](#Rt-using)
16028 * [T.44: Use function templates to deduce class template argument types (where feasible)](#Rt-deduce)
16029 * [T.46: Require template arguments to be at least `Regular` or `SemiRegular`](#Rt-regular)
16030 * [T.47: Avoid highly visible unconstrained templates with common names](#Rt-visible)
16031 * [T.48: If your compiler does not support concepts, fake them with `enable_if`](#Rt-concept-def)
16032 * [T.49: Where possible, avoid type-erasure](#Rt-erasure)
16034 Template definition rule summary:
16036 * [T.60: Minimize a template's context dependencies](#Rt-depend)
16037 * [T.61: Do not over-parameterize members (SCARY)](#Rt-scary)
16038 * [T.62: Place non-dependent class template members in a non-templated base class](#Rt-nondependent)
16039 * [T.64: Use specialization to provide alternative implementations of class templates](#Rt-specialization)
16040 * [T.65: Use tag dispatch to provide alternative implementations of functions](#Rt-tag-dispatch)
16041 * [T.67: Use specialization to provide alternative implementations for irregular types](#Rt-specialization2)
16042 * [T.68: Use `{}` rather than `()` within templates to avoid ambiguities](#Rt-cast)
16043 * [T.69: Inside a template, don't make an unqualified nonmember function call unless you intend it to be a customization point](#Rt-customization)
16045 Template and hierarchy rule summary:
16047 * [T.80: Do not naively templatize a class hierarchy](#Rt-hier)
16048 * [T.81: Do not mix hierarchies and arrays](#Rt-array) // ??? somewhere in "hierarchies"
16049 * [T.82: Linearize a hierarchy when virtual functions are undesirable](#Rt-linear)
16050 * [T.83: Do not declare a member function template virtual](#Rt-virtual)
16051 * [T.84: Use a non-template core implementation to provide an ABI-stable interface](#Rt-abi)
16052 * [T.??: ????](#Rt-???)
16054 Variadic template rule summary:
16056 * [T.100: Use variadic templates when you need a function that takes a variable number of arguments of a variety of types](#Rt-variadic)
16057 * [T.101: ??? How to pass arguments to a variadic template ???](#Rt-variadic-pass)
16058 * [T.102: ??? How to process arguments to a variadic template ???](#Rt-variadic-process)
16059 * [T.103: Don't use variadic templates for homogeneous argument lists](#Rt-variadic-not)
16060 * [T.??: ????](#Rt-???)
16062 Metaprogramming rule summary:
16064 * [T.120: Use template metaprogramming only when you really need to](#Rt-metameta)
16065 * [T.121: Use template metaprogramming primarily to emulate concepts](#Rt-emulate)
16066 * [T.122: Use templates (usually template aliases) to compute types at compile time](#Rt-tmp)
16067 * [T.123: Use `constexpr` functions to compute values at compile time](#Rt-fct)
16068 * [T.124: Prefer to use standard-library TMP facilities](#Rt-std-tmp)
16069 * [T.125: If you need to go beyond the standard-library TMP facilities, use an existing library](#Rt-lib)
16070 * [T.??: ????](#Rt-???)
16072 Other template rules summary:
16074 * [T.140: Name all operations with potential for reuse](#Rt-name)
16075 * [T.141: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only](#Rt-lambda)
16076 * [T.142: Use template variables to simplify notation](#Rt-var)
16077 * [T.143: Don't write unintentionally nongeneric code](#Rt-nongeneric)
16078 * [T.144: Don't specialize function templates](#Rt-specialize-function)
16079 * [T.150: Check that a class matches a concept using `static_assert`](#Rt-check-class)
16080 * [T.??: ????](#Rt-???)
16082 ## <a name="SS-GP"></a>T.gp: Generic programming
16084 Generic programming is programming using types and algorithms parameterized by types, values, and algorithms.
16086 ### <a name="Rt-raise"></a>T.1: Use templates to raise the level of abstraction of code
16088 ##### Reason
16090 Generality. Reuse. Efficiency. Encourages consistent definition of user types.
16092 ##### Example, bad
16094 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":
16096     template<typename T>
16097         // requires Incrementable<T>
16098     T sum1(vector<T>& v, T s)
16099     {
16100         for (auto x : v) s += x;
16101         return s;
16102     }
16104     template<typename T>
16105         // requires Simple_number<T>
16106     T sum2(vector<T>& v, T s)
16107     {
16108         for (auto x : v) s = s + x;
16109         return s;
16110     }
16112 Assuming that `Incrementable` does not support `+` and `Simple_number` does not support `+=`, we have overconstrained implementers of `sum1` and `sum2`.
16113 And, in this case, missed an opportunity for a generalization.
16115 ##### Example
16117     template<typename T>
16118         // requires Arithmetic<T>
16119     T sum(vector<T>& v, T s)
16120     {
16121         for (auto x : v) s += x;
16122         return s;
16123     }
16125 Assuming that `Arithmetic` requires both `+` and `+=`, we have constrained the user of `sum` to provide a complete arithmetic type.
16126 That is not a minimal requirement, but it gives the implementer of algorithms much needed freedom and ensures that any `Arithmetic` type
16127 can be used for a wide variety of algorithms.
16129 For additional generality and reusability, we could also use a more general `Container` or `Range` concept instead of committing to only one container, `vector`.
16131 ##### Note
16133 If we define a template to require exactly the operations required for a single implementation of a single algorithm
16134 (e.g., requiring just `+=` rather than also `=` and `+`) and only those, we have overconstrained maintainers.
16135 We aim to minimize requirements on template arguments, but the absolutely minimal requirements of an implementation is rarely a meaningful concept.
16137 ##### Note
16139 Templates can be used to express essentially everything (they are Turing complete), but the aim of generic programming (as expressed using templates)
16140 is to efficiently generalize operations/algorithms over a set of types with similar semantic properties.
16142 ##### Note
16144 The `requires` in the comments are uses of `concepts`.
16145 "Concepts" are defined in an ISO Technical specification: [concepts](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
16146 Concepts are supported in GCC 6.1 and later.
16147 Consequently, we comment out uses of concepts in examples; that is, we use them as formalized comments only.
16148 If you use GCC 6.1 or later, you can uncomment them.
16150 ##### Enforcement
16152 * Flag algorithms with "overly simple" requirements, such as direct use of specific operators without a concept.
16153 * Do not flag the definition of the "overly simple" concepts themselves; they may simply be building blocks for more useful concepts.
16155 ### <a name="Rt-algo"></a>T.2: Use templates to express algorithms that apply to many argument types
16157 ##### Reason
16159 Generality. Minimizing the amount of source code. Interoperability. Reuse.
16161 ##### Example
16163 That's the foundation of the STL. A single `find` algorithm easily works with any kind of input range:
16165     template<typename Iter, typename Val>
16166         // requires Input_iterator<Iter>
16167         //       && Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
16168     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
16169     {
16170         // ...
16171     }
16173 ##### Note
16175 Don't use a template unless you have a realistic need for more than one template argument type.
16176 Don't overabstract.
16178 ##### Enforcement
16180 ??? tough, probably needs a human
16182 ### <a name="Rt-cont"></a>T.3: Use templates to express containers and ranges
16184 ##### Reason
16186 Containers need an element type, and expressing that as a template argument is general, reusable, and type safe.
16187 It also avoids brittle or inefficient workarounds. Convention: That's the way the STL does it.
16189 ##### Example
16191     template<typename T>
16192         // requires Regular<T>
16193     class Vector {
16194         // ...
16195         T* elem;   // points to sz Ts
16196         int sz;
16197     };
16199     Vector<double> v(10);
16200     v[7] = 9.9;
16202 ##### Example, bad
16204     class Container {
16205         // ...
16206         void* elem;   // points to size elements of some type
16207         int sz;
16208     };
16210     Container c(10, sizeof(double));
16211     ((double*) c.elem)[] = 9.9;
16213 This doesn't directly express the intent of the programmer and hides the structure of the program from the type system and optimizer.
16215 Hiding the `void*` behind macros simply obscures the problems and introduces new opportunities for confusion.
16217 **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.
16218 See [Stable base](#Rt-abi).
16220 ##### Enforcement
16222 * Flag uses of `void*`s and casts outside low-level implementation code
16224 ### <a name="Rt-expr"></a>T.4: Use templates to express syntax tree manipulation
16226 ##### Reason
16228  ???
16230 ##### Example
16232     ???
16234 **Exceptions**: ???
16236 ### <a name="Rt-generic-oo"></a>T.5: Combine generic and OO techniques to amplify their strengths, not their costs
16238 ##### Reason
16240 Generic and OO techniques are complementary.
16242 ##### Example
16244 Static helps dynamic: Use static polymorphism to implement dynamically polymorphic interfaces.
16246     class Command {
16247         // pure virtual functions
16248     };
16250     // implementations
16251     template</*...*/>
16252     class ConcreteCommand : public Command {
16253         // implement virtuals
16254     };
16256 ##### Example
16258 Dynamic helps static: Offer a generic, comfortable, statically bound interface, but internally dispatch dynamically, so you offer a uniform object layout.
16259 Examples include type erasure as with `std::shared_ptr`'s deleter (but [don't overuse type erasure](#Rt-erasure)).
16261 ##### Note
16263 In a class template, nonvirtual functions are only instantiated if they're used -- but virtual functions are instantiated every time.
16264 This can bloat code size, and may overconstrain a generic type by instantiating functionality that is never needed.
16265 Avoid this, even though the standard-library facets made this mistake.
16267 ##### See also
16269 * ref ???
16270 * ref ???
16271 * ref ???
16273 ##### Enforcement
16275 See the reference to more specific rules.
16277 ## <a name="SS-concepts"></a>T.concepts: Concept rules
16279 Concepts is a facility for specifying requirements for template arguments.
16280 It is an [ISO technical specification](#Ref-conceptsTS), but currently supported only by GCC.
16281 Concepts are, however, crucial in the thinking about generic programming and the basis of much work on future C++ libraries
16282 (standard and other).
16284 This section assumes concept support
16286 Concept use rule summary:
16288 * [T.10: Specify concepts for all template arguments](#Rt-concepts)
16289 * [T.11: Whenever possible use standard concepts](#Rt-std-concepts)
16290 * [T.12: Prefer concept names over `auto`](#Rt-auto)
16291 * [T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts](#Rt-shorthand)
16292 * ???
16294 Concept definition rule summary:
16296 * [T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics](#Rt-low)
16297 * [T.21: Require a complete set of operations for a concept](#Rt-complete)
16298 * [T.22: Specify axioms for concepts](#Rt-axiom)
16299 * [T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns](#Rt-refine)
16300 * [T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics](#Rt-tag)
16301 * [T.25: Avoid complimentary constraints](#Rt-not)
16302 * [T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax](#Rt-use)
16303 * ???
16305 ## <a name="SS-concept-use"></a>T.con-use: Concept use
16307 ### <a name="Rt-concepts"></a>T.10: Specify concepts for all template arguments
16309 ##### Reason
16311 Correctness and readability.
16312 The assumed meaning (syntax and semantics) of a template argument is fundamental to the interface of a template.
16313 A concept dramatically improves documentation and error handling for the template.
16314 Specifying concepts for template arguments is a powerful design tool.
16316 ##### Example
16318     template<typename Iter, typename Val>
16319     //    requires Input_iterator<Iter>
16320     //             && Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
16321     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
16322     {
16323         // ...
16324     }
16326 or equivalently and more succinctly:
16328     template<Input_iterator Iter, typename Val>
16329     //    requires Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
16330     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
16331     {
16332         // ...
16333     }
16335 ##### Note
16337 "Concepts" are defined in an ISO Technical specification: [concepts](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
16338 A draft of a set of standard-library concepts can be found in another ISO TS: [ranges](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4569.pdf)
16339 Concepts are supported in GCC 6.1 and later.
16340 Consequently, we comment out uses of concepts in examples; that is, we use them as formalized comments only.
16341 If you use GCC 6.1 or later, you can uncomment them:
16343     template<typename Iter, typename Val>
16344         requires Input_iterator<Iter>
16345                && Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
16346     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
16347     {
16348         // ...
16349     }
16351 ##### Note
16353 Plain `typename` (or `auto`) is the least constraining concept.
16354 It should be used only rarely when nothing more than "it's a type" can be assumed.
16355 This is typically only needed when (as part of template metaprogramming code) we manipulate pure expression trees, postponing type checking.
16357 **References**: TC++PL4, Palo Alto TR, Sutton
16359 ##### Enforcement
16361 Flag template type arguments without concepts
16363 ### <a name="Rt-std-concepts"></a>T.11: Whenever possible use standard concepts
16365 ##### Reason
16367  "Standard" concepts (as provided by the [GSL](#S-GSL) and the [Ranges TS](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4569.pdf), and hopefully soon the ISO standard itself)
16368 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.
16370 ##### Note
16372 Unless you are creating a new generic library, most of the concepts you need will already be defined by the standard library.
16374 ##### Example (using TS concepts)
16376     template<typename T>
16377         // don't define this: Sortable is in the GSL
16378     concept Ordered_container = Sequence<T> && Random_access<Iterator<T>> && Ordered<Value_type<T>>;
16380     void sort(Ordered_container& s);
16382 This `Ordered_container` is quite plausible, but it is very similar to the `Sortable` concept in the GSL (and the Range TS).
16383 Is it better? Is it right? Does it accurately reflect the standard's requirements for `sort`?
16384 It is better and simpler just to use `Sortable`:
16386     void sort(Sortable& s);   // better
16388 ##### Note
16390 The set of "standard" concepts is evolving as we approach an ISO standard including concepts.
16392 ##### Note
16394 Designing a useful concept is challenging.
16396 ##### Enforcement
16398 Hard.
16400 * Look for unconstrained arguments, templates that use "unusual"/non-standard concepts, templates that use "homebrew" concepts without axioms.
16401 * Develop a concept-discovery tool (e.g., see [an early experiment](http://www.stroustrup.com/sle2010_webversion.pdf)).
16403 ### <a name="Rt-auto"></a>T.12: Prefer concept names over `auto` for local variables
16405 ##### Reason
16407  `auto` is the weakest concept. Concept names convey more meaning than just `auto`.
16409 ##### Example (using TS concepts)
16411     vector<string> v{ "abc", "xyz" };
16412     auto& x = v.front();     // bad
16413     String& s = v.front();   // good (String is a GSL concept)
16415 ##### Enforcement
16417 * ???
16419 ### <a name="Rt-shorthand"></a>T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts
16421 ##### Reason
16423 Readability. Direct expression of an idea.
16425 ##### Example (using TS concepts)
16427 To say "`T` is `Sortable`":
16429     template<typename T>       // Correct but verbose: "The parameter is
16430     //    requires Sortable<T>   // of type T which is the name of a type
16431     void sort(T&);             // that is Sortable"
16433     template<Sortable T>       // Better (assuming support for concepts): "The parameter is of type T
16434     void sort(T&);             // which is Sortable"
16436     void sort(Sortable&);      // Best (assuming support for concepts): "The parameter is Sortable"
16438 The shorter versions better match the way we speak. Note that many templates don't need to use the `template` keyword.
16440 ##### Note
16442 "Concepts" are defined in an ISO Technical specification: [concepts](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
16443 A draft of a set of standard-library concepts can be found in another ISO TS: [ranges](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4569.pdf)
16444 Concepts are supported in GCC 6.1 and later.
16445 Consequently, we comment out uses of concepts in examples; that is, we use them as formalized comments only.
16446 If you use a compiler that supports concepts (e.g., GCC 6.1 or later), you can remove the `//`.
16448 ##### Enforcement
16450 * Not feasible in the short term when people convert from the `<typename T>` and `<class T`> notation.
16451 * Later, flag declarations that first introduces a typename and then constrains it with a simple, single-type-argument concept.
16453 ## <a name="SS-concepts-def"></a>T.concepts.def: Concept definition rules
16455 Defining good concepts is non-trivial.
16456 Concepts are meant to represent fundamental concepts in an application domain (hence the name "concepts").
16457 Similarly throwing together a set of syntactic constraints to be used for a the arguments for a single class or algorithm is not what concepts were designed for
16458 and will not give the full benefits of the mechanism.
16460 Obviously, defining concepts will be most useful for code that can use an implementation (e.g., GCC 6.1 or later),
16461 but defining concepts is in itself a useful design technique and help catch conceptual errors and clean up the concepts (sic!) of an implementation.
16463 ### <a name="Rt-low"></a>T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics
16465 ##### Reason
16467 Concepts are meant to express semantic notions, such as "a number", "a range" of elements, and "totally ordered."
16468 Simple constraints, such as "has a `+` operator" and "has a `>` operator" cannot be meaningfully specified in isolation
16469 and should be used only as building blocks for meaningful concepts, rather than in user code.
16471 ##### Example, bad (using TS concepts)
16473     template<typename T>
16474     concept Addable = has_plus<T>;    // bad; insufficient
16476     template<Addable N> auto algo(const N& a, const N& b) // use two numbers
16477     {
16478         // ...
16479         return a + b;
16480     }
16482     int x = 7;
16483     int y = 9;
16484     auto z = algo(x, y);   // z = 16
16486     string xx = "7";
16487     string yy = "9";
16488     auto zz = algo(xx, yy);   // zz = "79"
16490 Maybe the concatenation was expected. More likely, it was an accident. Defining minus equivalently would give dramatically different sets of accepted types.
16491 This `Addable` violates the mathematical rule that addition is supposed to be commutative: `a+b == b+a`.
16493 ##### Note
16495 The ability to specify a meaningful semantics is a defining characteristic of a true concept, as opposed to a syntactic constraint.
16497 ##### Example (using TS concepts)
16499     template<typename T>
16500     // The operators +, -, *, and / for a number are assumed to follow the usual mathematical rules
16501     concept Number = has_plus<T>
16502                      && has_minus<T>
16503                      && has_multiply<T>
16504                      && has_divide<T>;
16506     template<Number N> auto algo(const N& a, const N& b)
16507     {
16508         // ...
16509         return a + b;
16510     }
16512     int x = 7;
16513     int y = 9;
16514     auto z = algo(x, y);   // z = 16
16516     string xx = "7";
16517     string yy = "9";
16518     auto zz = algo(xx, yy);   // error: string is not a Number
16520 ##### Note
16522 Concepts with multiple operations have far lower chance of accidentally matching a type than a single-operation concept.
16524 ##### Enforcement
16526 * Flag single-operation `concepts` when used outside the definition of other `concepts`.
16527 * Flag uses of `enable_if` that appears to simulate single-operation `concepts`.
16530 ### <a name="Rt-complete"></a>T.21: Require a complete set of operations for a concept
16532 ##### Reason
16534 Ease of comprehension.
16535 Improved interoperability.
16536 Helps implementers and maintainers.
16538 ##### Note
16540 This is a specific variant of the general rule that [a concept must make semantic sense](#Rt-low).
16542 ##### Example, bad (using TS concepts)
16544     template<typename T> concept Subtractable = requires(T a, T, b) { a-b; };
16546 This makes no semantic sense.
16547 You need at least `+` to make `-` meaningful and useful.
16549 Examples of complete sets are
16551 * `Arithmetic`: `+`, `-`, `*`, `/`, `+=`, `-=`, `*=`, `/=`
16552 * `Comparable`: `<`, `>`, `<=`, `>=`, `==`, `!=`
16554 ##### Note
16556 This rule applies whether we use direct language support for concepts or not.
16557 It is a general design rule that even applies to non-templates:
16559     class Minimal {
16560         // ...
16561     };
16563     bool operator==(const Minimal&, const Minimal&);
16564     bool operator<(const Minimal&, const Minimal&);
16566     Minimal operator+(const Minimal&, const Minimal&);
16567     // no other operators
16569     void f(const Minimal& x, const Minimal& y)
16570     {
16571         if (!(x == y)) { /* ... */ }    // OK
16572         if (x != y) { /* ... */ }       // surprise! error
16574         while (!(x < y)) { /* ... */ }  // OK
16575         while (x >= y) { /* ... */ }    // surprise! error
16577         x = x + y;          // OK
16578         x += y;             // surprise! error
16579     }
16581 This is minimal, but surprising and constraining for users.
16582 It could even be less efficient.
16584 The rule supports the view that a concept should reflect a (mathematically) coherent set of operations.
16586 ##### Example
16588     class Convenient {
16589         // ...
16590     };
16592     bool operator==(const Convenient&, const Convenient&);
16593     bool operator<(const Convenient&, const Convenient&);
16594     // ... and the other comparison operators ...
16596     Minimal operator+(const Convenient&, const Convenient&);
16597     // .. and the other arithmetic operators ...
16599     void f(const Convenient& x, const Convenient& y)
16600     {
16601         if (!(x == y)) { /* ... */ }    // OK
16602         if (x != y) { /* ... */ }       // OK
16604         while (!(x < y)) { /* ... */ }  // OK
16605         while (x >= y) { /* ... */ }    // OK
16607         x = x + y;     // OK
16608         x += y;        // OK
16609     }
16611 It can be a nuisance to define all operators, but not hard.
16612 Ideally, that rule should be language supported by giving you comparison operators by default.
16614 ##### Enforcement
16616 * Flag classes that support "odd" subsets of a set of operators, e.g., `==` but not `!=` or `+` but not `-`.
16617   Yes, `std::string` is "odd", but it's too late to change that.
16620 ### <a name="Rt-axiom"></a>T.22: Specify axioms for concepts
16622 ##### Reason
16624 A meaningful/useful concept has a semantic meaning.
16625 Expressing these semantics in an informal, semi-formal, or formal way makes the concept comprehensible to readers and the effort to express it can catch conceptual errors.
16626 Specifying semantics is a powerful design tool.
16628 ##### Example (using TS concepts)
16630     template<typename T>
16631         // The operators +, -, *, and / for a number are assumed to follow the usual mathematical rules
16632         // axiom(T a, T b) { a + b == b + a; a - a == 0; a * (b + c) == a * b + a * c; /*...*/ }
16633         concept Number = requires(T a, T b) {
16634             {a + b} -> T;   // the result of a + b is convertible to T
16635             {a - b} -> T;
16636             {a * b} -> T;
16637             {a / b} -> T;
16638         }
16640 ##### Note
16642 This is an axiom in the mathematical sense: something that may be assumed without proof.
16643 In general, axioms are not provable, and when they are the proof is often beyond the capability of a compiler.
16644 An axiom may not be general, but the template writer may assume that it holds for all inputs actually used (similar to a precondition).
16646 ##### Note
16648 In this context axioms are Boolean expressions.
16649 See the [Palo Alto TR](#S-references) for examples.
16650 Currently, C++ does not support axioms (even the ISO Concepts TS), so we have to make do with comments for a longish while.
16651 Once language support is available, the `//` in front of the axiom can be removed
16653 ##### Note
16655 The GSL concepts have well-defined semantics; see the Palo Alto TR and the Ranges TS.
16657 ##### Exception (using TS concepts)
16659 Early versions of a new "concept" still under development will often just define simple sets of constraints without a well-specified semantics.
16660 Finding good semantics can take effort and time.
16661 An incomplete set of constraints can still be very useful:
16663     // balancer for a generic binary tree
16664     template<typename Node> concept bool Balancer = requires(Node* p) {
16665         add_fixup(p);
16666         touch(p);
16667         detach(p);
16668     }
16670 So a `Balancer` must supply at least thee operations on a tree `Node`,
16671 but we are not yet ready to specify detailed semantics because a new kind of balanced tree might require more operations
16672 and the precise general semantics for all nodes is hard to pin down in the early stages of design.
16674 A "concept" that is incomplete or without a well-specified semantics can still be useful.
16675 For example, it allows for some checking during initial experimentation.
16676 However, it should not be assumed to be stable.
16677 Each new use case may require such an incomplete concepts to be improved.
16679 ##### Enforcement
16681 * Look for the word "axiom" in concept definition comments
16683 ### <a name="Rt-refine"></a>T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns.
16685 ##### Reason
16687 Otherwise they cannot be distinguished automatically by the compiler.
16689 ##### Example (using TS concepts)
16691     template<typename I>
16692     concept bool Input_iter = requires(I iter) { ++iter; };
16694     template<typename I>
16695     concept bool Fwd_iter = Input_iter<I> && requires(I iter) { iter++; }
16697 The compiler can determine refinement based on the sets of required operations (here, suffix `++`).
16698 This decreases the burden on implementers of these types since
16699 they do not need any special declarations to "hook into the concept".
16700 If two concepts have exactly the same requirements, they are logically equivalent (there is no refinement).
16702 ##### Enforcement
16704 * Flag a concept that has exactly the same requirements as another already-seen concept (neither is more refined).
16705 To disambiguate them, see [T.24](#Rt-tag).
16707 ### <a name="Rt-tag"></a>T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics.
16709 ##### Reason
16711 Two concepts requiring the same syntax but having different semantics leads to ambiguity unless the programmer differentiates them.
16713 ##### Example (using TS concepts)
16715     template<typename I>    // iterator providing random access
16716     concept bool RA_iter = ...;
16718     template<typename I>    // iterator providing random access to contiguous data
16719     concept bool Contiguous_iter =
16720         RA_iter<I> && is_contiguous<I>::value;  // using is_contiguous trait
16722 The programmer (in a library) must define `is_contiguous` (a trait) appropriately.
16724 Wrapping a tag class into a concept leads to a simpler expression of this idea:
16726     template<typename I> concept Contiguous = is_contiguous<I>::value;
16728     template<typename I>
16729     concept bool Contiguous_iter = RA_iter<I> && Contiguous<I>;
16731 The programmer (in a library) must define `is_contiguous` (a trait) appropriately.
16733 ##### Note
16735 Traits can be trait classes or type traits.
16736 These can be user-defined or standard-library ones.
16737 Prefer the standard-library ones.
16739 ##### Enforcement
16741 * The compiler flags ambiguous use of identical concepts.
16742 * Flag the definition of identical concepts.
16744 ### <a name="Rt-not"></a>T.25: Avoid complementary constraints
16746 ##### Reason
16748 Clarity. Maintainability.
16749 Functions with complementary requirements expressed using negation are brittle.
16751 ##### Example (using TS concepts)
16753 Initially, people will try to define functions with complementary requirements:
16755     template<typename T>
16756         requires !C<T>    // bad
16757     void f();
16759     template<typename T>
16760         requires C<T>
16761     void f();
16763 This is better:
16765     template<typename T>   // general template
16766         void f();
16768     template<typename T>   // specialization by concept
16769         requires C<T>
16770     void f();
16772 The compiler will choose the unconstrained template only when `C<T>` is
16773 unsatisfied. If you do not want to (or cannot) define an unconstrained
16774 version of `f()`, then delete it.
16776     template<typename T>
16777     void f() = delete;
16779 The compiler will select the overload and emit an appropriate error.
16781 ##### Note
16783 Complementary constraints are unfortunately common in `enable_if` code:
16785     template<typename T>
16786     enable_if<!C<T>, void>   // bad
16787     f();
16789     template<typename T>
16790     enable_if<C<T>, void>
16791     f();
16794 ##### Note
16796 Complementary requirements on one requirements is sometimes (wrongly) considered manageable.
16797 However, for two or more requirements the number of definitions needs can go up exponentially (2,4,9,16,...):
16799     C1<T> && C2<T>
16800     !C1<T> && C2<T>
16801     C1<T> && !C2<T>
16802     !C1<T> && !C2<T>
16804 Now the opportunities for errors multiply.
16806 ##### Enforcement
16808 * Flag pairs of functions with `C<T>` and `!C<T>` constraints
16810 ### <a name="Rt-use"></a>T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax
16812 ##### Reason
16814 The definition is more readable and corresponds directly to what a user has to write.
16815 Conversions are taken into account. You don't have to remember the names of all the type traits.
16817 ##### Example (using TS concepts)
16819 You might be tempted to define a concept `Equality` like this:
16821     template<typename T> concept Equality = has_equal<T> && has_not_equal<T>;
16823 Obviously, it would be better and easier just to use the standard `EqualityComparable`,
16824 but - just as an example - if you had to define such a concept, prefer:
16826     template<typename T> concept Equality = requires(T a, T b) {
16827         bool == { a == b }
16828         bool == { a != b }
16829         // axiom { !(a == b) == (a != b) }
16830         // axiom { a = b; => a == b }  // => means "implies"
16831     }
16833 as opposed to defining two meaningless concepts `has_equal` and `has_not_equal` just as helpers in the definition of `Equality`.
16834 By "meaningless" we mean that we cannot specify the semantics of `has_equal` in isolation.
16836 ##### Enforcement
16840 ## <a name="SS-temp-interface"></a>Template interfaces
16842 Over the years, programming with templates have suffered from a weak distinction between the interface of a template
16843 and its implementation.
16844 Before concepts, that distinction had no direct language support.
16845 However, the interface to a template is a critical concept - a contract between a user and an implementer - and should be carefully designed.
16847 ### <a name="Rt-fo"></a>T.40: Use function objects to pass operations to algorithms
16849 ##### Reason
16851 Function objects can carry more information through an interface than a "plain" pointer to function.
16852 In general, passing function objects gives better performance than passing pointers to functions.
16854 ##### Example (using TS concepts)
16856     bool greater(double x, double y) { return x > y; }
16857     sort(v, greater);                                    // pointer to function: potentially slow
16858     sort(v, [](double x, double y) { return x > y; });   // function object
16859     sort(v, std::greater<>);                             // function object
16861     bool greater_than_7(double x) { return x > 7; }
16862     auto x = find_if(v, greater_than_7);                 // pointer to function: inflexible
16863     auto y = find_if(v, [](double x) { return x > 7; }); // function object: carries the needed data
16864     auto z = find_if(v, Greater_than<double>(7));        // function object: carries the needed data
16866 You can, of course, generalize those functions using `auto` or (when and where available) concepts. For example:
16868     auto y1 = find_if(v, [](Ordered x) { return x > 7; }); // require an ordered type
16869     auto z1 = find_if(v, [](auto x) { return x > 7; });    // hope that the type has a >
16871 ##### Note
16873 Lambdas generate function objects.
16875 ##### Note
16877 The performance argument depends on compiler and optimizer technology.
16879 ##### Enforcement
16881 * Flag pointer to function template arguments.
16882 * Flag pointers to functions passed as arguments to a template (risk of false positives).
16885 ### <a name="Rt-essential"></a>T.41: Require only essential properties in a template's concepts
16887 ##### Reason
16889 Keep interfaces simple and stable.
16891 ##### Example (using TS concepts)
16893 Consider, a `sort` instrumented with (oversimplified) simple debug support:
16895     void sort(Sortable& s)  // sort sequence s
16896     {
16897         if (debug) cerr << "enter sort( " << s <<  ")\n";
16898         // ...
16899         if (debug) cerr << "exit sort( " << s <<  ")\n";
16900     }
16902 Should this be rewritten to:
16904     template<Sortable S>
16905         requires Streamable<S>
16906     void sort(S& s)  // sort sequence s
16907     {
16908         if (debug) cerr << "enter sort( " << s <<  ")\n";
16909         // ...
16910         if (debug) cerr << "exit sort( " << s <<  ")\n";
16911     }
16913 After all, there is nothing in `Sortable` that requires `iostream` support.
16914 On the other hand, there is nothing in the fundamental idea of sorting that says anything about debugging.
16916 ##### Note
16918 If we require every operation used to be listed among the requirements, the interface becomes unstable:
16919 Every time we change the debug facilities, the usage data gathering, testing support, error reporting, etc.
16920 The definition of the template would need change and every use of the template would have to be recompiled.
16921 This is cumbersome, and in some environments infeasible.
16923 Conversely, if we use an operation in the implementation that is not guaranteed by concept checking,
16924 we may get a late compile-time error.
16926 By not using concept checking for properties of a template argument that is not considered essential,
16927 we delay checking until instantiation time.
16928 We consider this a worthwhile tradeoff.
16930 Note that using non-local, non-dependent names (such as `debug` and `cerr`) also introduces context dependencies that may lead to "mysterious" errors.
16932 ##### Note
16934 It can be hard to decide which properties of a type is essential and which are not.
16936 ##### Enforcement
16940 ### <a name="Rt-alias"></a>T.42: Use template aliases to simplify notation and hide implementation details
16942 ##### Reason
16944 Improved readability.
16945 Implementation hiding.
16946 Note that template aliases replace many uses of traits to compute a type.
16947 They can also be used to wrap a trait.
16949 ##### Example
16951     template<typename T, size_t N>
16952     class Matrix {
16953         // ...
16954         using Iterator = typename std::vector<T>::iterator;
16955         // ...
16956     };
16958 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>::`.
16960 ##### Example
16962     template<typename T>
16963     void user(T& c)
16964     {
16965         // ...
16966         typename container_traits<T>::value_type x; // bad, verbose
16967         // ...
16968     }
16970     template<typename T>
16971     using Value_type = typename container_traits<T>::value_type;
16974 This saves the user of `Value_type` from having to know the technique used to implement `value_type`s.
16976     template<typename T>
16977     void user2(T& c)
16978     {
16979         // ...
16980         Value_type<T> x;
16981         // ...
16982     }
16984 ##### Note
16986 A simple, common use could be expressed: "Wrap traits!"
16988 ##### Enforcement
16990 * Flag use of `typename` as a disambiguator outside `using` declarations.
16991 * ???
16993 ### <a name="Rt-using"></a>T.43: Prefer `using` over `typedef` for defining aliases
16995 ##### Reason
16997 Improved readability: With `using`, the new name comes first rather than being embedded somewhere in a declaration.
16998 Generality: `using` can be used for template aliases, whereas `typedef`s can't easily be templates.
16999 Uniformity: `using` is syntactically similar to `auto`.
17001 ##### Example
17003     typedef int (*PFI)(int);   // OK, but convoluted
17005     using PFI2 = int (*)(int);   // OK, preferred
17007     template<typename T>
17008     typedef int (*PFT)(T);      // error
17010     template<typename T>
17011     using PFT2 = int (*)(T);   // OK
17013 ##### Enforcement
17015 * Flag uses of `typedef`. This will give a lot of "hits" :-(
17017 ### <a name="Rt-deduce"></a>T.44: Use function templates to deduce class template argument types (where feasible)
17019 ##### Reason
17021 Writing the template argument types explicitly can be tedious and unnecessarily verbose.
17023 ##### Example
17025     tuple<int, string, double> t1 = {1, "Hamlet", 3.14};   // explicit type
17026     auto t2 = make_tuple(1, "Ophelia"s, 3.14);         // better; deduced type
17028 Note the use of the `s` suffix to ensure that the string is a `std::string`, rather than a C-style string.
17030 ##### Note
17032 Since you can trivially write a `make_T` function, so could the compiler. Thus, `make_T` functions may become redundant in the future.
17034 ##### Exception
17036 Sometimes there isn't a good way of getting the template arguments deduced and sometimes, you want to specify the arguments explicitly:
17038     vector<double> v = { 1, 2, 3, 7.9, 15.99 };
17039     list<Record*> lst;
17041 ##### Note
17043 Note that C++17 will make this rule redundant by allowing the template arguments to be deduced directly from constructor arguments:
17044 [Template parameter deduction for constructors (Rev. 3)](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0091r1.html).
17045 For example:
17047     tuple t1 = {1, "Hamlet"s, 3.14}; // deduced: tuple<int, string, double>
17049 ##### Enforcement
17051 Flag uses where an explicitly specialized type exactly matches the types of the arguments used.
17053 ### <a name="Rt-regular"></a>T.46: Require template arguments to be at least `Regular` or `SemiRegular`
17055 ##### Reason
17057  Readability.
17058  Preventing surprises and errors.
17059  Most uses support that anyway.
17061 ##### Example
17063     class X {
17064             // ...
17065     public:
17066         explicit X(int);
17067         X(const X&);            // copy
17068         X operator=(const X&);
17069         X(X&&) noexcept;                 // move
17070         X& operator=(X&&) noexcept;
17071         ~X();
17072         // ... no more constructors ...
17073     };
17075     X x {1};    // fine
17076     X y = x;      // fine
17077     std::vector<X> v(10); // error: no default constructor
17079 ##### Note
17081 Semiregular requires default constructible.
17083 ##### Enforcement
17085 * Flag types that are not at least `SemiRegular`.
17087 ### <a name="Rt-visible"></a>T.47: Avoid highly visible unconstrained templates with common names
17089 ##### Reason
17091  An unconstrained template argument is a perfect match for anything so such a template can be preferred over more specific types that require minor conversions.
17092  This is particularly annoying/dangerous when ADL is used.
17093  Common names make this problem more likely.
17095 ##### Example
17097     namespace Bad {
17098         struct S { int m; };
17099         template<typename T1, typename T2>
17100         bool operator==(T1, T2) { cout << "Bad\n"; return true; }
17101     }
17103     namespace T0 {
17104         bool operator==(int, Bad::S) { cout << "T0\n"; return true; }  // compare to int
17106         void test()
17107         {
17108             Bad::S bad{ 1 };
17109             vector<int> v(10);
17110             bool b = 1 == bad;
17111             bool b2 = v.size() == bad;
17112         }
17113     }
17115 This prints `T0` and `Bad`.
17117 Now the `==` in `Bad` was designed to cause trouble, but would you have spotted the problem in real code?
17118 The problem is that `v.size()` returns an `unsigned` integer so that a conversion is needed to call the local `==`;
17119 the `==` in `Bad` requires no conversions.
17120 Realistic types, such as the standard-library iterators can be made to exhibit similar anti-social tendencies.
17122 ##### Note
17124 If an unconstrained template is defined in the same namespace as a type,
17125 that unconstrained template can be found by ADL (as happened in the example).
17126 That is, it is highly visible.
17128 ##### Note
17130 This rule should not be necessary, but the committee cannot agree to exclude unconstrained templated from ADL.
17132 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`.
17135 ##### Enforcement
17137 Flag templates defined in a namespace where concrete types are also defined (maybe not feasible until we have concepts).
17140 ### <a name="Rt-concept-def"></a>T.48: If your compiler does not support concepts, fake them with `enable_if`
17142 ##### Reason
17144 Because that's the best we can do without direct concept support.
17145 `enable_if` can be used to conditionally define functions and to select among a set of functions.
17147 ##### Example
17149     enable_if<???>
17151 ##### Note
17153 Beware of [complementary constraints](# T.25).
17154 Faking concept overloading using `enable_if` sometimes forces us to use that error-prone design technique.
17156 ##### Enforcement
17160 ### <a name="Rt-erasure"></a>T.49: Where possible, avoid type-erasure
17162 ##### Reason
17164 Type erasure incurs an extra level of indirection by hiding type information behind a separate compilation boundary.
17166 ##### Example
17168     ???
17170 **Exceptions**: Type erasure is sometimes appropriate, such as for `std::function`.
17172 ##### Enforcement
17177 ##### Note
17180 ## <a name="SS-temp-def"></a>T.def: Template definitions
17182 A template definition (class or function) can contain arbitrary code, so only a comprehensive review of C++ programming techniques would cover this topic.
17183 However, this section focuses on what is specific to template implementation.
17184 In particular, it focuses on a template definition's dependence on its context.
17186 ### <a name="Rt-depend"></a>T.60: Minimize a template's context dependencies
17188 ##### Reason
17190 Eases understanding.
17191 Minimizes errors from unexpected dependencies.
17192 Eases tool creation.
17194 ##### Example
17196     template<typename C>
17197     void sort(C& c)
17198     {
17199         std::sort(begin(c), end(c)); // necessary and useful dependency
17200     }
17202     template<typename Iter>
17203     Iter algo(Iter first, Iter last) {
17204         for (; first != last; ++first) {
17205             auto x = sqrt(*first); // potentially surprising dependency: which sqrt()?
17206             helper(first, x);      // potentially surprising dependency:
17207                                    // helper is chosen based on first and x
17208             TT var = 7;            // potentially surprising dependency: which TT?
17209         }
17210     }
17212 ##### Note
17214 Templates typically appear in header files so their context dependencies are more vulnerable to `#include` order dependencies than functions in `.cpp` files.
17216 ##### Note
17218 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.
17219 For example, an algorithm usually uses other algorithms and invoke operations that does not exclusively operate on arguments.
17220 And don't get us started on macros!
17222 **See also**: [T.69](#Rt-customization)
17224 ##### Enforcement
17226 ??? Tricky
17228 ### <a name="Rt-scary"></a>T.61: Do not over-parameterize members (SCARY)
17230 ##### Reason
17232 A member that does not depend on a template parameter cannot be used except for a specific template argument.
17233 This limits use and typically increases code size.
17235 ##### Example, bad
17237     template<typename T, typename A = std::allocator{}>
17238         // requires Regular<T> && Allocator<A>
17239     class List {
17240     public:
17241         struct Link {   // does not depend on A
17242             T elem;
17243             T* pre;
17244             T* suc;
17245         };
17247         using iterator = Link*;
17249         iterator first() const { return head; }
17251         // ...
17252     private:
17253         Link* head;
17254     };
17256     List<int> lst1;
17257     List<int, My_allocator> lst2;
17259     ???
17261 This looks innocent enough, but ???
17263     template<typename T>
17264     struct Link {
17265         T elem;
17266         T* pre;
17267         T* suc;
17268     };
17270     template<typename T, typename A = std::allocator{}>
17271         // requires Regular<T> && Allocator<A>
17272     class List2 {
17273     public:
17274         using iterator = Link<T>*;
17276         iterator first() const { return head; }
17278         // ...
17279     private:
17280         Link* head;
17281     };
17283     List<int> lst1;
17284     List<int, My_allocator> lst2;
17286     ???
17288 ##### Enforcement
17290 * Flag member types that do not depend on every template argument
17291 * Flag member functions that do not depend on every template argument
17293 ### <a name="Rt-nondependent"></a>T.62: Place non-dependent class template members in a non-templated base class
17295 ##### Reason
17297  Allow the base class members to be used without specifying template arguments and without template instantiation.
17299 ##### Example
17301     template<typename T>
17302     class Foo {
17303     public:
17304         enum { v1, v2 };
17305         // ...
17306     };
17310     struct Foo_base {
17311         enum { v1, v2 };
17312         // ...
17313     };
17315     template<typename T>
17316     class Foo : public Foo_base {
17317     public:
17318         // ...
17319     };
17321 ##### Note
17323 A more general version of this rule would be
17324 "If a template class member depends on only N template parameters out of M, place it in a base class with only N parameters."
17325 For N == 1, we have a choice of a base class of a class in the surrounding scope as in [T.61](#Rt-scary).
17327 ??? What about constants? class statics?
17329 ##### Enforcement
17331 * Flag ???
17333 ### <a name="Rt-specialization"></a>T.64: Use specialization to provide alternative implementations of class templates
17335 ##### Reason
17337 A template defines a general interface.
17338 Specialization offers a powerful mechanism for providing alternative implementations of that interface.
17340 ##### Example
17342     ??? string specialization (==)
17344     ??? representation specialization ?
17346 ##### Note
17350 ##### Enforcement
17354 ### <a name="Rt-tag-dispatch"></a>T.65: Use tag dispatch to provide alternative implementations of a function
17356 ##### Reason
17358 * A template defines a general interface.
17359 * Tag dispatch allows us to select implementations based on specific properties of an argument type.
17360 * Performance.
17362 ##### Example
17364 This is a simplified version of `std::copy` (ignoring the possibility of non-contiguous sequences)
17366     struct pod_tag {};
17367     struct non_pod_tag {};
17369     template<class T> struct copy_trait { using tag = non_pod_tag; };   // T is not "plain old data"
17371     template<> struct copy_trait<int> { using tag = pod_tag; };         // int is "plain old data"
17373     template<class Iter>
17374     Out copy_helper(Iter first, Iter last, Iter out, pod_tag)
17375     {
17376         // use memmove
17377     }
17379     template<class Iter>
17380     Out copy_helper(Iter first, Iter last, Iter out, non_pod_tag)
17381     {
17382         // use loop calling copy constructors
17383     }
17385     template<class Itert>
17386     Out copy(Iter first, Iter last, Iter out)
17387     {
17388         return copy_helper(first, last, out, typename copy_trait<Iter>::tag{})
17389     }
17391     void use(vector<int>& vi, vector<int>& vi2, vector<string>& vs, vector<string>& vs2)
17392     {
17393         copy(vi.begin(), vi.end(), vi2.begin()); // uses memmove
17394         copy(vs.begin(), vs.end(), vs2.begin()); // uses a loop calling copy constructors
17395     }
17397 This is a general and powerful technique for compile-time algorithm selection.
17399 ##### Note
17401 When `concept`s become widely available such alternatives can be distinguished directly:
17403     template<class Iter>
17404         requires Pod<Value_type<iter>>
17405     Out copy_helper(In, first, In last, Out out)
17406     {
17407         // use memmove
17408     }
17410     template<class Iter>
17411     Out copy_helper(In, first, In last, Out out)
17412     {
17413         // use loop calling copy constructors
17414     }
17416 ##### Enforcement
17421 ### <a name="Rt-specialization2"></a>T.67: Use specialization to provide alternative implementations for irregular types
17423 ##### Reason
17425  ???
17427 ##### Example
17429     ???
17431 ##### Enforcement
17435 ### <a name="Rt-cast"></a>T.68: Use `{}` rather than `()` within templates to avoid ambiguities
17437 ##### Reason
17439  `()` is vulnerable to grammar ambiguities.
17441 ##### Example
17443     template<typename T, typename U>
17444     void f(T t, U u)
17445     {
17446         T v1(x);    // is v1 a function of a variable?
17447         T v2 {x};   // variable
17448         auto x = T(u);  // construction or cast?
17449     }
17451     f(1, "asdf"); // bad: cast from const char* to int
17453 ##### Enforcement
17455 * flag `()` initializers
17456 * flag function-style casts
17459 ### <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
17461 ##### Reason
17463 * Provide only intended flexibility.
17464 * Avoid vulnerability to accidental environmental changes.
17466 ##### Example
17468 There are three major ways to let calling code customize a template.
17470     template<class T>
17471         // Call a member function
17472     void test1(T t)
17473     {
17474         t.f();    // require T to provide f()
17475     }
17477     template<class T>
17478     void test2(T t)
17479         // Call a nonmember function without qualification
17480     {
17481         f(t);  // require f(/*T*/) be available in caller's scope or in T's namespace
17482     }
17484     template<class T>
17485     void test3(T t)
17486         // Invoke a "trait"
17487     {
17488         test_traits<T>::f(t); // require customizing test_traits<>
17489                               // to get non-default functions/types
17490     }
17492 A trait is usually a type alias to compute a type,
17493 a `constexpr` function to compute a value,
17494 or a traditional traits template to be specialized on the user's type.
17496 ##### Note
17498 If you intend to call your own helper function `helper(t)` with a value `t` that depends on a template type parameter,
17499 put it in a `::detail` namespace and qualify the call as `detail::helper(t);`.
17500 An unqualified call becomes a customization point where any function `helper` in the namespace of `t`'s type can be invoked;
17501 this can cause problems like [unintentionally invoking unconstrained function templates](#Rt-unconstrained-adl).
17504 ##### Enforcement
17506 * 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.
17509 ## <a name="SS-temp-hier"></a>T.temp-hier: Template and hierarchy rules:
17511 Templates are the backbone of C++'s support for generic programming and class hierarchies the backbone of its support
17512 for object-oriented programming.
17513 The two language mechanisms can be used effectively in combination, but a few design pitfalls must be avoided.
17515 ### <a name="Rt-hier"></a>T.80: Do not naively templatize a class hierarchy
17517 ##### Reason
17519 Templating a class hierarchy that has many functions, especially many virtual functions, can lead to code bloat.
17521 ##### Example, bad
17523     template<typename T>
17524     struct Container {         // an interface
17525         virtual T* get(int i);
17526         virtual T* first();
17527         virtual T* next();
17528         virtual void sort();
17529     };
17531     template<typename T>
17532     class Vector : public Container<T> {
17533     public:
17534         // ...
17535     };
17537     Vector<int> vi;
17538     Vector<string> vs;
17540 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.
17542 Given this, the compiler cannot know if `vector<int>::sort()` is called, so it must generate code for it.
17543 Similar for `vector<string>::sort()`.
17544 Unless those two functions are called that's code bloat.
17545 Imagine what this would do to a class hierarchy with dozens of member functions and dozens of derived classes with many instantiations.
17547 ##### Note
17549 In many cases you can provide a stable interface by not parameterizing a base;
17550 see ["stable base"](#Rt-abi) and [OO and GP](#Rt-generic-oo)
17552 ##### Enforcement
17554 * Flag virtual functions that depend on a template argument. ??? False positives
17556 ### <a name="Rt-array"></a>T.81: Do not mix hierarchies and arrays
17558 ##### Reason
17560 An array of derived classes can implicitly "decay" to a pointer to a base class with potential disastrous results.
17562 ##### Example
17564 Assume that `Apple` and `Pear` are two kinds of `Fruit`s.
17566     void maul(Fruit* p)
17567     {
17568         *p = Pear{};     // put a Pear into *p
17569         p[1] = Pear{};   // put a Pear into p[1]
17570     }
17572     Apple aa [] = { an_apple, another_apple };   // aa contains Apples (obviously!)
17574     maul(aa);
17575     Apple& a0 = &aa[0];   // a Pear?
17576     Apple& a1 = &aa[1];   // a Pear?
17578 Probably, `aa[0]` will be a `Pear` (without the use of a cast!).
17579 If `sizeof(Apple) != sizeof(Pear)` the access to `aa[1]` will not be aligned to the proper start of an object in the array.
17580 We have a type violation and possibly (probably) a memory corruption.
17581 Never write such code.
17583 Note that `maul()` violates the a [`T*` points to an individual object rule](#Rf-ptr).
17585 **Alternative**: Use a proper (templatized) container:
17587     void maul2(Fruit* p)
17588     {
17589         *p = Pear{};   // put a Pear into *p
17590     }
17592     vector<Apple> va = { an_apple, another_apple };   // va contains Apples (obviously!)
17594     maul2(va);       // error: cannot convert a vector<Apple> to a Fruit*
17595     maul2(&va[0]);   // you asked for it
17597     Apple& a0 = &va[0];   // a Pear?
17599 Note that the assignment in `maul2()` violated the [no-slicing rule](#Res-slice).
17601 ##### Enforcement
17603 * Detect this horror!
17605 ### <a name="Rt-linear"></a>T.82: Linearize a hierarchy when virtual functions are undesirable
17607 ##### Reason
17609  ???
17611 ##### Example
17613     ???
17615 ##### Enforcement
17619 ### <a name="Rt-virtual"></a>T.83: Do not declare a member function template virtual
17621 ##### Reason
17623 C++ does not support that.
17624 If it did, vtbls could not be generated until link time.
17625 And in general, implementations must deal with dynamic linking.
17627 ##### Example, don't
17629     class Shape {
17630         // ...
17631         template<class T>
17632         virtual bool intersect(T* p);   // error: template cannot be virtual
17633     };
17635 ##### Note
17637 We need a rule because people keep asking about this
17639 ##### Alternative
17641 Double dispatch, visitors, calculate which function to call
17643 ##### Enforcement
17645 The compiler handles that.
17647 ### <a name="Rt-abi"></a>T.84: Use a non-template core implementation to provide an ABI-stable interface
17649 ##### Reason
17651 Improve stability of code.
17652 Avoid code bloat.
17654 ##### Example
17656 It could be a base class:
17658     struct Link_base {   // stable
17659         Link_base* suc;
17660         Link_base* pre;
17661     };
17663     template<typename T>   // templated wrapper to add type safety
17664     struct Link : Link_base {
17665         T val;
17666     };
17668     struct List_base {
17669         Link_base* first;   // first element (if any)
17670         int sz;             // number of elements
17671         void add_front(Link_base* p);
17672         // ...
17673     };
17675     template<typename T>
17676     class List : List_base {
17677     public:
17678         void put_front(const T& e) { add_front(new Link<T>{e}); }   // implicit cast to Link_base
17679         T& front() { static_cast<Link<T>*>(first).val; }   // explicit cast back to Link<T>
17680         // ...
17681     };
17683     List<int> li;
17684     List<string> ls;
17686 Now there is only one copy of the operations linking and unlinking elements of a `List`.
17687 The `Link` and `List` classes do nothing but type manipulation.
17689 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.
17691 **Alternative**: Use a [Pimpl](#Ri-pimpl) implementation.
17693 ##### Enforcement
17697 ## <a name="SS-variadic"></a>T.var: Variadic template rules
17701 ### <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
17703 ##### Reason
17705 Variadic templates is the most general mechanism for that, and is both efficient and type-safe. Don't use C varargs.
17707 ##### Example
17709     ??? printf
17711 ##### Enforcement
17713 * Flag uses of `va_arg` in user code.
17715 ### <a name="Rt-variadic-pass"></a>T.101: ??? How to pass arguments to a variadic template ???
17717 ##### Reason
17719  ???
17721 ##### Example
17723     ??? beware of move-only and reference arguments
17725 ##### Enforcement
17729 ### <a name="Rt-variadic-process"></a>T.102: How to process arguments to a variadic template
17731 ##### Reason
17733  ???
17735 ##### Example
17737     ??? forwarding, type checking, references
17739 ##### Enforcement
17743 ### <a name="Rt-variadic-not"></a>T.103: Don't use variadic templates for homogeneous argument lists
17745 ##### Reason
17747 There are more precise ways of specifying a homogeneous sequence, such as an `initializer_list`.
17749 ##### Example
17751     ???
17753 ##### Enforcement
17757 ## <a name="SS-meta"></a>T.meta: Template metaprogramming (TMP)
17759 Templates provide a general mechanism for compile-time programming.
17761 Metaprogramming is programming where at least one input or one result is a type.
17762 Templates offer Turing-complete (modulo memory capacity) duck typing at compile time.
17763 The syntax and techniques needed are pretty horrendous.
17765 ### <a name="Rt-metameta"></a>T.120: Use template metaprogramming only when you really need to
17767 ##### Reason
17769 Template metaprogramming is hard to get right, slows down compilation, and is often very hard to maintain.
17770 However, there are real-world examples where template metaprogramming provides better performance than any alternative short of expert-level assembly code.
17771 Also, there are real-world examples where template metaprogramming expresses the fundamental ideas better than run-time code.
17772 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++.
17774 ##### Example, bad
17776     ???
17778 ##### Example, bad
17780     enable_if
17782 Instead, use concepts. But see [How to emulate concepts if you don't have language support](#Rt-emulate).
17784 ##### Example
17786     ??? good
17788 **Alternative**: If the result is a value, rather than a type, use a [`constexpr` function](#Rt-fct).
17790 ##### Note
17792 If you feel the need to hide your template metaprogramming in macros, you have probably gone too far.
17794 ### <a name="Rt-emulate"></a>T.121: Use template metaprogramming primarily to emulate concepts
17796 ##### Reason
17798 Until concepts become generally available, we need to emulate them using TMP.
17799 Use cases that require concepts (e.g. overloading based on concepts) are among the most common (and simple) uses of TMP.
17801 ##### Example
17803     template<typename Iter>
17804         /*requires*/ enable_if<random_access_iterator<Iter>, void>
17805     advance(Iter p, int n) { p += n; }
17807     template<typename Iter>
17808         /*requires*/ enable_if<forward_iterator<Iter>, void>
17809     advance(Iter p, int n) { assert(n >= 0); while (n--) ++p;}
17811 ##### Note
17813 Such code is much simpler using concepts:
17815     void advance(RandomAccessIterator p, int n) { p += n; }
17817     void advance(ForwardIterator p, int n) { assert(n >= 0); while (n--) ++p;}
17819 ##### Enforcement
17823 ### <a name="Rt-tmp"></a>T.122: Use templates (usually template aliases) to compute types at compile time
17825 ##### Reason
17827 Template metaprogramming is the only directly supported and half-way principled way of generating types at compile time.
17829 ##### Note
17831 "Traits" techniques are mostly replaced by template aliases to compute types and `constexpr` functions to compute values.
17833 ##### Example
17835     ??? big object / small object optimization
17837 ##### Enforcement
17841 ### <a name="Rt-fct"></a>T.123: Use `constexpr` functions to compute values at compile time
17843 ##### Reason
17845 A function is the most obvious and conventional way of expressing the computation of a value.
17846 Often a `constexpr` function implies less compile-time overhead than alternatives.
17848 ##### Note
17850 "Traits" techniques are mostly replaced by template aliases to compute types and `constexpr` functions to compute values.
17852 ##### Example
17854     template<typename T>
17855         // requires Number<T>
17856     constexpr T pow(T v, int n)   // power/exponential
17857     {
17858         T res = 1;
17859         while (n--) res *= v;
17860         return res;
17861     }
17863     constexpr auto f7 = pow(pi, 7);
17865 ##### Enforcement
17867 * Flag template metaprograms yielding a value. These should be replaced with `constexpr` functions.
17869 ### <a name="Rt-std-tmp"></a>T.124: Prefer to use standard-library TMP facilities
17871 ##### Reason
17873 Facilities defined in the standard, such as `conditional`, `enable_if`, and `tuple`, are portable and can be assumed to be known.
17875 ##### Example
17877     ???
17879 ##### Enforcement
17883 ### <a name="Rt-lib"></a>T.125: If you need to go beyond the standard-library TMP facilities, use an existing library
17885 ##### Reason
17887 Getting advanced TMP facilities is not easy and using a library makes you part of a (hopefully supportive) community.
17888 Write your own "advanced TMP support" only if you really have to.
17890 ##### Example
17892     ???
17894 ##### Enforcement
17898 ## <a name="SS-temp-other"></a>Other template rules
17900 ### <a name="Rt-name"></a>T.140: Name all operations with potential for reuse
17902 ##### Reason
17904 Documentation, readability, opportunity for reuse.
17906 ##### Example
17908     struct Rec {
17909         string name;
17910         string addr;
17911         int id;         // unique identifier
17912     };
17914     bool same(const Rec& a, const Rec& b)
17915     {
17916         return a.id == b.id;
17917     }
17919     vector<Rec*> find_id(const string& name);    // find all records for "name"
17921     auto x = find_if(vr.begin(), vr.end(),
17922         [&](Rec& r) {
17923             if (r.name.size() != n.size()) return false; // name to compare to is in n
17924             for (int i = 0; i < r.name.size(); ++i)
17925                 if (tolower(r.name[i]) != tolower(n[i])) return false;
17926             return true;
17927         }
17928     );
17930 There is a useful function lurking here (case insensitive string comparison), as there often is when lambda arguments get large.
17932     bool compare_insensitive(const string& a, const string& b)
17933     {
17934         if (a.size() != b.size()) return false;
17935         for (int i = 0; i < a.size(); ++i) if (tolower(a[i]) != tolower(b[i])) return false;
17936         return true;
17937     }
17939     auto x = find_if(vr.begin(), vr.end(),
17940         [&](Rec& r) { compare_insensitive(r.name, n); }
17941     );
17943 Or maybe (if you prefer to avoid the implicit name binding to n):
17945     auto cmp_to_n = [&n](const string& a) { return compare_insensitive(a, n); };
17947     auto x = find_if(vr.begin(), vr.end(),
17948         [](const Rec& r) { return cmp_to_n(r.name); }
17949     );
17951 ##### Note
17953 whether functions, lambdas, or operators.
17955 ##### Exception
17957 * Lambdas logically used only locally, such as an argument to `for_each` and similar control flow algorithms.
17958 * Lambdas as [initializers](#???)
17960 ##### Enforcement
17962 * (hard) flag similar lambdas
17963 * ???
17965 ### <a name="Rt-lambda"></a>T.141: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only
17967 ##### Reason
17969 That makes the code concise and gives better locality than alternatives.
17971 ##### Example
17973     auto earlyUsersEnd = std::remove_if(users.begin(), users.end(),
17974                                         [](const User &a) { return a.id > 100; });
17977 ##### Exception
17979 Naming a lambda can be useful for clarity even if it is used only once.
17981 ##### Enforcement
17983 * Look for identical and near identical lambdas (to be replaced with named functions or named lambdas).
17985 ### <a name="Rt-var"></a>T.142?: Use template variables to simplify notation
17987 ##### Reason
17989 Improved readability.
17991 ##### Example
17993     ???
17995 ##### Enforcement
17999 ### <a name="Rt-nongeneric"></a>T.143: Don't write unintentionally nongeneric code
18001 ##### Reason
18003 Generality. Reusability. Don't gratuitously commit to details; use the most general facilities available.
18005 ##### Example
18007 Use `!=` instead of `<` to compare iterators; `!=` works for more objects because it doesn't rely on ordering.
18009     for (auto i = first; i < last; ++i) {   // less generic
18010         // ...
18011     }
18013     for (auto i = first; i != last; ++i) {   // good; more generic
18014         // ...
18015     }
18017 Of course, range-`for` is better still where it does what you want.
18019 ##### Example
18021 Use the least-derived class that has the functionality you need.
18023     class Base {
18024     public:
18025         Bar f();
18026         Bar g();
18027     };
18029     class Derived1 : public Base {
18030     public:
18031         Bar h();
18032     };
18034     class Derived2 : public Base {
18035     public:
18036         Bar j();
18037     };
18039     // bad, unless there is a specific reason for limiting to Derived1 objects only
18040     void my_func(Derived1& param)
18041     {
18042         use(param.f());
18043         use(param.g());
18044     }
18046     // good, uses only Base interface so only commit to that
18047     void my_func(Base& param)
18048     {
18049         use(param.f());
18050         use(param.g());
18051     }
18053 ##### Enforcement
18055 * Flag comparison of iterators using `<` instead of `!=`.
18056 * 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.
18057 * Flag functions that take a pointer or reference to a more-derived type but only use functions declared in a base type.
18059 ### <a name="Rt-specialize-function"></a>T.144: Don't specialize function templates
18061 ##### Reason
18063 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.
18065 ##### Example
18067     ???
18069 **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).
18071 ##### Enforcement
18073 * Flag all specializations of a function template. Overload instead.
18076 ### <a name="Rt-check-class"></a>T.150: Check that a class matches a concept using `static_assert`
18078 ##### Reason
18080 If you intend for a class to match a concept, verifying that early saves users pain.
18082 ##### Example
18084     class X {
18085     public:
18086         X() = delete;
18087         X(const X&) = default;
18088         X(X&&) = default;
18089         X& operator=(const X&) = default;
18090         // ...
18091     };
18093 Somewhere, possibly in an implementation file, let the compiler check the desired properties of `X`:
18095     static_assert(Default_constructible<X>);    // error: X has no default constructor
18096     static_assert(Copyable<X>);                 // error: we forgot to define X's move constructor
18099 ##### Enforcement
18101 Not feasible.
18103 # <a name="S-cpl"></a>CPL: C-style programming
18105 C and C++ are closely related languages.
18106 They both originate in "Classic C" from 1978 and have evolved in ISO committees since then.
18107 Many attempts have been made to keep them compatible, but neither is a subset of the other.
18109 C rule summary:
18111 * [CPL.1: Prefer C++ to C](#Rcpl-C)
18112 * [CPL.2: If you must use C, use the common subset of C and C++, and compile the C code as C++](#Rcpl-subset)
18113 * [CPL.3: If you must use C for interfaces, use C++ in the calling code using such interfaces](#Rcpl-interface)
18115 ### <a name="Rcpl-C"></a>CPL.1: Prefer C++ to C
18117 ##### Reason
18119 C++ provides better type checking and more notational support.
18120 It provides better support for high-level programming and often generates faster code.
18122 ##### Example
18124     char ch = 7;
18125     void* pv = &ch;
18126     int* pi = pv;   // not C++
18127     *pi = 999;      // overwrite sizeof(int) bytes near &ch
18129 The rules for implicit casting to and from `void*` in C are subtle and unenforced.
18130 In particular, this example violates a rule against converting to a type with stricter alignment.
18132 ##### Enforcement
18134 Use a C++ compiler.
18136 ### <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++
18138 ##### Reason
18140 That subset can be compiled with both C and C++ compilers, and when compiled as C++ is better type checked than "pure C."
18142 ##### Example
18144     int* p1 = malloc(10 * sizeof(int));                      // not C++
18145     int* p2 = static_cast<int*>(malloc(10 * sizeof(int)));   // not C, C-style C++
18146     int* p3 = new int[10];                                   // not C
18147     int* p4 = (int*) malloc(10 * sizeof(int));               // both C and C++
18149 ##### Enforcement
18151 * Flag if using a build mode that compiles code as C.
18153   * The C++ compiler will enforce that the code is valid C++ unless you use C extension options.
18155 ### <a name="Rcpl-interface"></a>CPL.3: If you must use C for interfaces, use C++ in the calling code using such interfaces
18157 ##### Reason
18159 C++ is more expressive than C and offers better support for many types of programming.
18161 ##### Example
18163 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.
18164 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.
18166 ##### Example
18168 You can call C from C++:
18170     // in C:
18171     double sqrt(double);
18173     // in C++:
18174     extern "C" double sqrt(double);
18176     sqrt(2);
18178 ##### Example
18180 You can call C++ from C:
18182     // in C:
18183     X call_f(struct Y*, int);
18185     // in C++:
18186     extern "C" X call_f(Y* p, int i)
18187     {
18188         return p->f(i);   // possibly a virtual function call
18189     }
18191 ##### Enforcement
18193 None needed
18195 # <a name="S-source"></a>SF: Source files
18197 Distinguish between declarations (used as interfaces) and definitions (used as implementations).
18198 Use header files to represent interfaces and to emphasize logical structure.
18200 Source file rule summary:
18202 * [SF.1: Use a `.cpp` suffix for code files and `.h` for interface files if your project doesn't already follow another convention](#Rs-file-suffix)
18203 * [SF.2: A `.h` file may not contain object definitions or non-inline function definitions](#Rs-inline)
18204 * [SF.3: Use `.h` files for all declarations used in multiple source files](#Rs-declaration-header)
18205 * [SF.4: Include `.h` files before other declarations in a file](#Rs-include-order)
18206 * [SF.5: A `.cpp` file must include the `.h` file(s) that defines its interface](#Rs-consistency)
18207 * [SF.6: Use `using namespace` directives for transition, for foundation libraries (such as `std`), or within a local scope (only)](#Rs-using)
18208 * [SF.7: Don't write `using namespace` at global scope in a header file](#Rs-using-directive)
18209 * [SF.8: Use `#include` guards for all `.h` files](#Rs-guards)
18210 * [SF.9: Avoid cyclic dependencies among source files](#Rs-cycles)
18211 * [SF.10: Avoid dependencies on implicitly `#include`d names](#Rs-implicit)
18212 * [SF.11: Header files should be self-contained](#Rs-contained)
18214 * [SF.20: Use `namespace`s to express logical structure](#Rs-namespace)
18215 * [SF.21: Don't use an unnamed (anonymous) namespace in a header](#Rs-unnamed)
18216 * [SF.22: Use an unnamed (anonymous) namespace for all internal/nonexported entities](#Rs-unnamed2)
18218 ### <a name="Rs-file-suffix"></a>SF.1: Use a `.cpp` suffix for code files and `.h` for interface files if your project doesn't already follow another convention
18220 ##### Reason
18222 It's a longstanding convention.
18223 But consistency is more important, so if your project uses something else, follow that.
18225 ##### Note
18227 This convention reflects a common use pattern:
18228 Headers are more often shared with C to compile as both C++ and C, which typically uses `.h`,
18229 and it's easier to name all headers `.h` instead of having different extensions for just those headers that are intended to be shared with C.
18230 On the other hand, implementation files are rarely shared with C and so should typically be distinguished from `.c` files,
18231 so it's normally best to name all C++ implementation files something else (such as `.cpp`).
18233 The specific names `.h` and `.cpp` are not required (just recommended as a default) and other names are in widespread use.
18234 Examples are `.hh`, `.C`, and `.cxx`. Use such names equivalently.
18235 In this document, we refer to `.h` and `.cpp` as a shorthand for header and implementation files,
18236 even though the actual extension may be different.
18238 Your IDE (if you use one) may have strong opinions about suffices.
18240 ##### Example
18242     // foo.h:
18243     extern int a;   // a declaration
18244     extern void foo();
18246     // foo.cpp:
18247     int a;   // a definition
18248     void foo() { ++a; }
18250 `foo.h` provides the interface to `foo.cpp`. Global variables are best avoided.
18252 ##### Example, bad
18254     // foo.h:
18255     int a;   // a definition
18256     void foo() { ++a; }
18258 `#include <foo.h>` twice in a program and you get a linker error for two one-definition-rule violations.
18260 ##### Enforcement
18262 * Flag non-conventional file names.
18263 * Check that `.h` and `.cpp` (and equivalents) follow the rules below.
18265 ### <a name="Rs-inline"></a>SF.2: A `.h` file may not contain object definitions or non-inline function definitions
18267 ##### Reason
18269 Including entities subject to the one-definition rule leads to linkage errors.
18271 ##### Example
18273     // file.h:
18274     namespace Foo {
18275         int x = 7;
18276         int xx() { return x+x; }
18277     }
18279     // file1.cpp:
18280     #include <file.h>
18281     // ... more ...
18283      // file2.cpp:
18284     #include <file.h>
18285     // ... more ...
18287 Linking `file1.cpp` and `file2.cpp` will give two linker errors.
18289 **Alternative formulation**: A `.h` file must contain only:
18291 * `#include`s of other `.h` files (possibly with include guards)
18292 * templates
18293 * class definitions
18294 * function declarations
18295 * `extern` declarations
18296 * `inline` function definitions
18297 * `constexpr` definitions
18298 * `const` definitions
18299 * `using` alias definitions
18300 * ???
18302 ##### Enforcement
18304 Check the positive list above.
18306 ### <a name="Rs-declaration-header"></a>SF.3: Use `.h` files for all declarations used in multiple source files
18308 ##### Reason
18310 Maintainability. Readability.
18312 ##### Example, bad
18314     // bar.cpp:
18315     void bar() { cout << "bar\n"; }
18317     // foo.cpp:
18318     extern void bar();
18319     void foo() { bar(); }
18321 A maintainer of `bar` cannot find all declarations of `bar` if its type needs changing.
18322 The user of `bar` cannot know if the interface used is complete and correct. At best, error messages come (late) from the linker.
18324 ##### Enforcement
18326 * Flag declarations of entities in other source files not placed in a `.h`.
18328 ### <a name="Rs-include-order"></a>SF.4: Include `.h` files before other declarations in a file
18330 ##### Reason
18332 Minimize context dependencies and increase readability.
18334 ##### Example
18336     #include <vector>
18337     #include <algorithm>
18338     #include <string>
18340     // ... my code here ...
18342 ##### Example, bad
18344     #include <vector>
18346     // ... my code here ...
18348     #include <algorithm>
18349     #include <string>
18351 ##### Note
18353 This applies to both `.h` and `.cpp` files.
18355 ##### Note
18357 There is an argument for insulating code from declarations and macros in header files by `#including` headers *after* the code we want to protect
18358 (as in the example labeled "bad").
18359 However
18361 * that only works for one file (at one level): Use that technique in a header included with other headers and the vulnerability reappears.
18362 * a namespace (an "implementation namespace") can protect against many context dependencies.
18363 * full protection and flexibility require modules.
18365 **See also**:
18367 * [Working Draft, Extensions to C++ for Modules](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4592.pdf)
18368 * [Modules, Componentization, and Transition](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0141r0.pdf)
18370 ##### Enforcement
18372 Easy.
18374 ### <a name="Rs-consistency"></a>SF.5: A `.cpp` file must include the `.h` file(s) that defines its interface
18376 ##### Reason
18378 This enables the compiler to do an early consistency check.
18380 ##### Example, bad
18382     // foo.h:
18383     void foo(int);
18384     int bar(long);
18385     int foobar(int);
18387     // foo.cpp:
18388     void foo(int) { /* ... */ }
18389     int bar(double) { /* ... */ }
18390     double foobar(int);
18392 The errors will not be caught until link time for a program calling `bar` or `foobar`.
18394 ##### Example
18396     // foo.h:
18397     void foo(int);
18398     int bar(long);
18399     int foobar(int);
18401     // foo.cpp:
18402     #include <foo.h>
18404     void foo(int) { /* ... */ }
18405     int bar(double) { /* ... */ }
18406     double foobar(int);   // error: wrong return type
18408 The return-type error for `foobar` is now caught immediately when `foo.cpp` is compiled.
18409 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.
18411 ##### Enforcement
18415 ### <a name="Rs-using"></a>SF.6: Use `using namespace` directives for transition, for foundation libraries (such as `std`), or within a local scope (only)
18417 ##### Reason
18419  `using namespace` can lead to name clashes, so it should be used sparingly.
18420  However, it is not always possible to qualify every name from a namespace in user code (e.g., during transition)
18421  and sometimes a namespace is so fundamental and prevalent in a code base, that consistent qualification would be verbose and distracting.
18423 ##### Example
18425     #include <string>
18426     #include <vector>
18427     #include <iostream>
18428     #include <memory>
18429     #include <algorithm>
18431     using namespace std;
18433     // ...
18435 Here (obviously), the standard library is used pervasively and apparently no other library is used, so requiring `std::` everywhere
18436 could be distracting.
18438 ##### Example
18440 The use of `using namespace std;` leaves the programmer open to a name clash with a name from the standard library
18442     #include <cmath>
18443     using namespace std;
18445     int g(int x)
18446     {
18447         int sqrt = 7;
18448         // ...
18449         return sqrt(x); // error
18450     }
18452 However, this is not particularly likely to lead to a resolution that is not an error and
18453 people who use `using namespace std` are supposed to know about `std` and about this risk.
18455 ##### Note
18457 A `.cpp` file is a form of local scope.
18458 There is little difference in the opportunities for name clashes in an N-line `.cpp` containing a `using namespace X`,
18459 an N-line function containing a `using namespace X`,
18460 and M functions each containing a `using namespace X`with N lines of code in total.
18462 ##### Note
18464 [Don't write `using namespace` in a header file](#Rs-using-directive).
18466 ##### Enforcement
18468 Flag multiple `using namespace` directives for different namespaces in a single source file.
18470 ### <a name="Rs-using-directive"></a>SF.7: Don't write `using namespace` at global scope in a header file
18472 ##### Reason
18474 Doing so takes away an `#include`r's ability to effectively disambiguate and to use alternatives. It also makes `#include`d headers order-dependent as they may have different meaning when included in different orders.
18476 ##### Example
18478     // bad.h
18479     #include <iostream>
18480     using namespace std; // bad
18482     // user.cpp
18483     #include "bad.h"
18485     bool copy(/*... some parameters ...*/);    // some function that happens to be named copy
18487     int main() {
18488         copy(/*...*/);    // now overloads local ::copy and std::copy, could be ambiguous
18489     }
18491 ##### Enforcement
18493 Flag `using namespace` at global scope in a header file.
18495 ### <a name="Rs-guards"></a>SF.8: Use `#include` guards for all `.h` files
18497 ##### Reason
18499 To avoid files being `#include`d several times.
18501 In order to avoid include guard collisions, do not just name the guard after the filename.
18502 Be sure to also include a key and good differentiator, such as the name of library or component
18503 the header file is part of.
18505 ##### Example
18507     // file foobar.h:
18508     #ifndef LIBRARY_FOOBAR_H
18509     #define LIBRARY_FOOBAR_H
18510     // ... declarations ...
18511     #endif // LIBRARY_FOOBAR_H
18513 ##### Enforcement
18515 Flag `.h` files without `#include` guards.
18517 ##### Note
18519 Some implementations offer vendor extensions like `#pragma once` as alternative to include guards.
18520 It is not standard and it is not portable.  It injects the hosting machine's filesystem semantics
18521 into your program, in addition to locking you down to a vendor.
18522 Our recommendation is to write in ISO C++: See [rule P.2](#Rp-Cplusplus).
18524 ### <a name="Rs-cycles"></a>SF.9: Avoid cyclic dependencies among source files
18526 ##### Reason
18528 Cycles complicates comprehension and slows down compilation.
18529 Complicates conversion to use language-supported modules (when they become available).
18531 ##### Note
18533 Eliminate cycles; don't just break them with `#include` guards.
18535 ##### Example, bad
18537     // file1.h:
18538     #include "file2.h"
18540     // file2.h:
18541     #include "file3.h"
18543     // file3.h:
18544     #include "file1.h"
18546 ##### Enforcement
18548 Flag all cycles.
18551 ### <a name="Rs-implicit"></a>SF.10: Avoid dependencies on implicitly `#include`d names
18553 ##### Reason
18555 Avoid surprises.
18556 Avoid having to change `#include`s if an `#include`d header changes.
18557 Avoid accidentally becoming dependent on implementation details and logically separate entities included in a header.
18559 ##### Example
18561     #include <iostream>
18562     using namespace std;
18564     void use()                  // bad
18565     {
18566         string s;
18567         cin >> s;               // fine
18568         getline(cin, s);        // error: getline() not defined
18569         if (s == "surprise") {  // error == not defined
18570             // ...
18571         }
18572     }
18574 `<iostream>` exposes the definition of `std::string` ("why?" makes for a fun trivia question),
18575 but it is not required to do so by transitively including the entire `<string>` header,
18576 resulting in the popular beginner question "why doesn't `getline(cin,s);` work?"
18577 or even an occasional "`string`s cannot be compared with `==`).
18579 The solution is to explicitly `#include <string>`:
18581     #include <iostream>
18582     #include <string>
18583     using namespace std;
18585     void use()
18586     {
18587         string s;
18588         cin >> s;               // fine
18589         getline(cin, s);        // fine
18590         if (s == "surprise") {  // fine
18591             // ...
18592         }
18593     }
18595 ##### Note
18597 Some headers exist exactly to collect a set of consistent declarations from a variety of headers.
18598 For example:
18600     // basic_std_lib.h:
18602     #include <vector>
18603     #include <string>
18604     #include <map>
18605     #include <iostream>
18606     #include <random>
18607     #include <vector>
18609 a user can now get that set of declarations with a single `#include`"
18611     #include "basic_std_lib.h"
18613 This rule against implicit inclusion is not meant to prevent such deliberate aggregation.
18615 ##### Enforcement
18617 Enforcement would require some knowledge about what in a header is meant to be "exported" to users and what is there to enable implementation.
18618 No really good solution is possible until we have modules.
18620 ### <a name="Rs-contained"></a>SF.11: Header files should be self-contained
18622 ##### Reason
18624 Usability, headers should be simple to use and work when included on their own.
18625 Headers should encapsulate the functionality they provide.
18626 Avoid clients of a header having to manage that header's dependencies.
18628 ##### Example
18630     #include "helpers.h"
18631     // helpers.h depends on std::string and includes <string>
18633 ##### Note
18635 Failing to follow this results in difficult to diagnose errors for clients of a header.
18637 ##### Enforcement
18639 A test should verify that the header file itself compiles or that a cpp file which only includes the header file compiles.
18641 ### <a name="Rs-namespace"></a>SF.20: Use `namespace`s to express logical structure
18643 ##### Reason
18645  ???
18647 ##### Example
18649     ???
18651 ##### Enforcement
18655 ### <a name="Rs-unnamed"></a>SF.21: Don't use an unnamed (anonymous) namespace in a header
18657 ##### Reason
18659 It is almost always a bug to mention an unnamed namespace in a header file.
18661 ##### Example
18663     ???
18665 ##### Enforcement
18667 * Flag any use of an anonymous namespace in a header file.
18669 ### <a name="Rs-unnamed2"></a>SF.22: Use an unnamed (anonymous) namespace for all internal/nonexported entities
18671 ##### Reason
18673 Nothing external can depend on an entity in a nested unnamed namespace.
18674 Consider putting every definition in an implementation source file in an unnamed namespace unless that is defining an "external/exported" entity.
18676 ##### Example
18678 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.
18680     ???
18682 ##### Enforcement
18684 * ???
18686 # <a name="S-stdlib"></a>SL: The Standard Library
18688 Using only the bare language, every task is tedious (in any language).
18689 Using a suitable library any task can be reasonably simple.
18691 The standard library has steadily grown over the years.
18692 Its description in the standard is now larger than that of the language features.
18693 So, it is likely that this library section of the guidelines will eventually grow in size to equal or exceed all the rest.
18695 << ??? We need another level of rule numbering ??? >>
18697 C++ Standard Library component summary:
18699 * [SL.con: Containers](#SS-con)
18700 * [SL.str: String](#SS-string)
18701 * [SL.io: Iostream](#SS-io)
18702 * [SL.regex: Regex](#SS-regex)
18703 * [SL.chrono: Time](#SS-chrono)
18704 * [SL.C: The C Standard Library](#SS-clib)
18706 Standard-library rule summary:
18708 * [SL.1: Use libraries wherever possible](#Rsl-lib)
18709 * [SL.2: Prefer the standard library to other libraries](#Rsl-sl)
18710 * [SL.3: Do not add non-standard entities to namespace `std`](#sl-std)
18711 * [SL.4: Use the standard library in a type-safe manner](#sl-safe)
18712 * ???
18714 ### <a name="Rsl-lib"></a>SL.1:  Use libraries wherever possible
18716 ##### Reason
18718 Save time. Don't re-invent the wheel.
18719 Don't replicate the work of others.
18720 Benefit from other people's work when they make improvements.
18721 Help other people when you make improvements.
18723 ### <a name="Rsl-sl"></a>SL.2: Prefer the standard library to other libraries
18725 ##### Reason
18727 More people know the standard library.
18728 It is more likely to be stable, well-maintained, and widely available than your own code or most other libraries.
18731 ### <a name="sl-std"></a>SL.3: Do not add non-standard entities to namespace `std`
18733 ##### Reason
18735 Adding to `std` may change the meaning of otherwise standards conforming code.
18736 Additions to `std` may clash with future versions of the standard.
18738 ##### Example
18740     ???
18742 ##### Enforcement
18744 Possible, but messy and likely to cause problems with platforms.
18746 ### <a name="sl-safe"></a>SL.4: Use the standard library in a type-safe manner
18748 ##### Reason
18750 Because, obviously, breaking this rule can lead to undefined behavior, memory corruption, and all kinds of other bad errors.
18752 ##### Note
18754 This is a semi-philosophical meta-rule, which needs many supporting concrete rules.
18755 We need it as an umbrella for the more specific rules.
18757 Summary of more specific rules:
18759 * [SL.4: Use the standard library in a type-safe manner](#sl-safe)
18762 ## <a name="SS-con"></a>SL.con: Containers
18766 Container rule summary:
18768 * [SL.con.1: Prefer using STL `array` or `vector` instead of a C array](#Rsl-arrays)
18769 * [SL.con.2: Prefer using STL `vector` by default unless you have a reason to use a different container](#Rsl-vector)
18770 * [SL.con.3: Avoid bounds errors](#Rsl-bounds)
18771 *  ???
18773 ### <a name="Rsl-arrays"></a>SL.con.1: Prefer using STL `array` or `vector` instead of a C array
18775 ##### Reason
18777 C arrays are less safe, and have no advantages over `array` and `vector`.
18778 For a fixed-length array, use `std::array`, which does not degenerate to a pointer when passed to a function and does know its size.
18779 Also, like a built-in array, a stack-allocated `std::array` keeps its elements on the stack.
18780 For a variable-length array, use `std::vector`, which additionally can change its size and handles memory allocation.
18782 ##### Example
18784     int v[SIZE];                        // BAD
18786     std::array<int, SIZE> w;             // ok
18788 ##### Example
18790     int* v = new int[initial_size];     // BAD, owning raw pointer
18791     delete[] v;                         // BAD, manual delete
18793     std::vector<int> w(initial_size);   // ok
18795 ##### Note
18797 Use `gsl::span` for non-owning references into a container.
18799 ##### Note
18801 Comparing the performance of a fixed-sized array allocated on the stack against a `vector` with its elements on the free store is bogus.
18802 You could just as well compare a `std::array` on the stack against the result of a `malloc()` accessed through a pointer.
18803 For most code, even the difference between stack allocation and free-store allocation doesn't matter, but the convenience and safety of `vector` does.
18804 People working with code for which that difference matters are quite capable of choosing between `array` and `vector`.
18806 ##### Enforcement
18808 * Flag declaration of a C array inside a function or class that also declares an STL container (to avoid excessive noisy warnings on legacy non-STL code). To fix: At least change the C array to a `std::array`.
18810 ### <a name="Rsl-vector"></a>SL.con.2: Prefer using STL `vector` by default unless you have a reason to use a different container
18812 ##### Reason
18814 `vector` and `array` are the only standard containers that offer the fastest general-purpose access (random access, including being vectorization-friendly), the fastest default access pattern (begin-to-end or end-to-begin is prefetcher-friendly), and the lowest space overhead (contiguous layout has zero per-element overhead, which is cache-friendly).
18815 Usually you need to add and remove elements from the container, so use `vector` by default; if you don't need to modify the container's size, use `array`.
18817 Even when other containers seem more suited, such a `map` for O(log N) lookup performance or a `list` for efficient insertion in the middle, a `vector` will usually still perform better for containers up to a few KB in size.
18819 ##### Note
18821 `string` should not be used as a container of individual characters. A `string` is a textual string; if you want a container of characters, use `vector</*char_type*/>` or `array</*char_type*/>` instead.
18823 ##### Exceptions
18825 If you have a good reason to use another container, use that instead. For example:
18827 * If `vector` suits your needs but you don't need the container to be variable size, use `array` instead.
18829 * If you want a dictionary-style lookup container that guarantees O(K) or O(log N) lookups, the container will be larger (more than a few KB) and you perform frequent inserts so that the overhead of maintaining a sorted `vector` is infeasible, go ahead and use an `unordered_map` or `map` instead.
18831 ##### Enforcement
18833 * Flag a `vector` whose size never changes after construction (such as because it's `const` or because no non-`const` functions are called on it). To fix: Use an `array` instead.
18835 ### <a name="Rsl-bounds"></a>SL.con.3: Avoid bounds errors
18837 ##### Reason
18839 Read or write beyond an allocated range of elements typically leads to bad errors, wrong results, crashes, and security violations.
18841 ##### Note
18843 The standard-library functions that apply to ranges of elements all have (or could have) bounds-safe overloads that take `span`.
18844 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()`.
18846 Ideally, the in-bounds guarantee should be statically enforced.
18847 For example:
18849 * a range-`for` cannot loop beyond the range of the container to which it is applied
18850 * a `v.begin(),v.end()` is easily determined to be bounds safe
18852 Such loops are as fast as any unchecked/unsafe equivalent.
18854 Often a simple pre-check can eliminate the need for checking of individual indices.
18855 For example
18857 * for `v.begin(),v.begin()+i` the `i` can easily be checked against `v.size()`
18859 Such loops can be much faster than individually checked element accesses.
18861 ##### Example, bad
18863     void f()
18864     {
18865         array<int, 10> a, b;
18866         memset(a.data(), 0, 10);         // BAD, and contains a length error (length = 10 * sizeof(int))
18867         memcmp(a.data(), b.data(), 10);  // BAD, and contains a length error (length = 10 * sizeof(int))
18868     }
18870 Also, `std::array<>::fill()` or `std::fill()` or even an empty initializer are better candidate than `memset()`.
18872 ##### Example, good
18874     void f()
18875     {
18876         array<int, 10> a, b, c{};       // c is initialized to zero
18877         a.fill(0);
18878         fill(b.begin(), b.end(), 0);    // std::fill()
18879         fill(b, 0);                     // std::fill() + Ranges TS
18881         if ( a == b ) {
18882           // ...
18883         }
18884     }
18886 ##### Example
18888 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.
18890     void f(std::vector<int>& v, std::array<int, 12> a, int i)
18891     {
18892         v[0] = a[0];        // BAD
18893         v.at(0) = a[0];     // OK (alternative 1)
18894         at(v, 0) = a[0];    // OK (alternative 2)
18896         v.at(0) = a[i];     // BAD
18897         v.at(0) = a.at(i);  // OK (alternative 1)
18898         v.at(0) = at(a, i); // OK (alternative 2)
18899     }
18901 ##### Enforcement
18903 * Issue a diagnostic for any call to a standard-library function that is not bounds-checked.
18904 ??? insert link to a list of banned functions
18906 This rule is part of the [bounds profile](#SS-bounds).
18908 **TODO Notes**:
18910 * Impact on the standard library will require close coordination with WG21, if only to ensure compatibility even if never standardized.
18911 * We are considering specifying bounds-safe overloads for stdlib (especially C stdlib) functions like `memcmp` and shipping them in the GSL.
18912 * 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).
18916 ## <a name="SS-string"></a>SL.str: String
18918 Text manipulation is a huge topic.
18919 `std::string` doesn't cover all of it.
18920 This section primarily tries to clarify `std::string`'s relation to `char*`, `zstring`, `string_view`, and `gsl::string_span`.
18921 The important issue of non-ASCII character sets and encodings (e.g., `wchar_t`, Unicode, and UTF-8) will be covered elsewhere.
18923 **See also**: [regular expressions](#SS-regex)
18925 Here, we use "sequence of characters" or "string" to refer to a sequence of characters meant to be read as text (somehow, eventually).
18926 We don't consider
18928 String summary:
18930 * [SL.str.1: Use `std::string` to own character sequences](#Rstr-string)
18931 * [SL.str.2: Use `std::string_view` or `gsl::string_span` to refer to character sequences](#Rstr-view)
18932 * [SL.str.3: Use `zstring` or `czstring` to refer to a C-style, zero-terminated, sequence of characters](#Rstr-zstring)
18933 * [SL.str.4: Use `char*` to refer to a single character](#Rstr-char*)
18934 * [SL.str.5: Use `std::byte` to refer to byte values that do not necessarily represent characters](#Rstr-byte)
18936 * [SL.str.10: Use `std::string` when you need to perform locale-sensitive string operations](#Rstr-locale)
18937 * [SL.str.11: Use `gsl::string_span` rather than `std::string_view` when you need to mutate a string](#Rstr-span)
18938 * [SL.str.12: Use the `s` suffix for string literals meant to be standard-library `string`s](#Rstr-s)
18940 **See also**:
18942 * [F.24 span](#Rf-range)
18943 * [F.25 zstring](#Rf-zstring)
18946 ### <a name="Rstr-string"></a>SL.str.1: Use `std::string` to own character sequences
18948 ##### Reason
18950 `string` correctly handles allocation, ownership, copying, gradual expansion, and offers a variety of useful operations.
18952 ##### Example
18954     vector<string> read_until(const string& terminator)
18955     {
18956         vector<string> res;
18957         for (string s; cin >> s && s != terminator; ) // read a word
18958             res.push_back(s);
18959         return res;
18960     }
18962 Note how `>>` and `!=` are provided for `string` (as examples of useful operations) and there are no explicit
18963 allocations, deallocations, or range checks (`string` takes care of those).
18965 In C++17, we might use `string_view` as the argument, rather than `const string*` to allow more flexibility to callers:
18967     vector<string> read_until(string_view terminator)   // C++17
18968     {
18969         vector<string> res;
18970         for (string s; cin >> s && s != terminator; ) // read a word
18971             res.push_back(s);
18972         return res;
18973     }
18975 The `gsl::string_span` is a current alternative offering most of the benefits of `std::string_view` for simple examples:
18977     vector<string> read_until(string_span terminator)
18978     {
18979         vector<string> res;
18980         for (string s; cin >> s && s != terminator; ) // read a word
18981             res.push_back(s);
18982         return res;
18983     }
18985 ##### Example, bad
18987 Don't use C-style strings for operations that require non-trivial memory management
18989     char* cat(const char* s1, const char* s2)   // beware!
18990         // return s1 + '.' + s2
18991     {
18992         int l1 = strlen(s1);
18993         int l2 = strlen(s2);
18994         char* p = (char*) malloc(l1 + l2 + 2);
18995         strcpy(p, s1, l1);
18996         p[l1] = '.';
18997         strcpy(p + l1 + 1, s2, l2);
18998         p[l1 + l2 + 1] = 0;
18999         return p;
19000     }
19002 Did we get that right?
19003 Will the caller remember to `free()` the returned pointer?
19004 Will this code pass a security review?
19006 ##### Note
19008 Do not assume that `string` is slower than lower-level techniques without measurement and remember than not all code is performance critical.
19009 [Don't optimize prematurely](#Rper-Knuth)
19011 ##### Enforcement
19015 ### <a name="Rstr-view"></a>SL.str.2: Use `std::string_view` or `gsl::string_span` to refer to character sequences
19017 ##### Reason
19019 `std::string_view` or `gsl::string_span` provides simple and (potentially) safe access to character sequences independently of how
19020 those sequences are allocated and stored.
19022 ##### Example
19024     vector<string> read_until(string_span terminator);
19026     void user(zstring p, const string& s, string_span ss)
19027     {
19028         auto v1 = read_until(p);
19029         auto v2 = read_until(s);
19030         auto v3 = read_until(ss);
19031         // ...
19032     }
19034 ##### Note
19036 `std::string_view` (C++17) is read-only.
19038 ##### Enforcement
19042 ### <a name="Rstr-zstring"></a>SL.str.3: Use `zstring` or `czstring` to refer to a C-style, zero-terminated, sequence of characters
19044 ##### Reason
19046 Readability.
19047 Statement of intent.
19048 A plain `char*` can be a pointer to a single character, a pointer to an array of characters, a pointer to a C-style (zero-terminated) string, or even to a small integer.
19049 Distinguishing these alternatives prevents misunderstandings and bugs.
19051 ##### Example
19053     void f1(const char* s); // s is probably a string
19055 All we know is that it is supposed to be the nullptr or point to at least one character
19057     void f1(zstring s);     // s is a C-style string or the nullptr
19058     void f1(czstring s);    // s is a C-style string constant or the nullptr
19059     void f1(std::byte* s);  // s is a pointer to a byte (C++17)
19061 ##### Note
19063 Don't convert a C-style string to `string` unless there is a reason to.
19065 ##### Note
19067 Like any other "plain pointer", a `zstring` should not represent ownership.
19069 ##### Note
19071 There are billions of lines of C++ "out there", most use `char*` and `const char*` without documenting intent.
19072 They are used in a wide variety of ways, including to represent ownership and as generic pointers to memory (instead of `void*`).
19073 It is hard to separate these uses, so this guideline is hard to follow.
19074 This is one of the major sources of bugs in C and C++ programs, so it is worthwhile to follow this guideline wherever feasible..
19076 ##### Enforcement
19078 * Flag uses of `[]` on a `char*`
19079 * Flag uses of `delete` on a `char*`
19080 * Flag uses of `free()` on a `char*`
19082 ### <a name="Rstr-char*"></a>SL.str.4: Use `char*` to refer to a single character
19084 ##### Reason
19086 The variety of uses of `char*` in current code is a major source of errors.
19088 ##### Example, bad
19090     char arr[] = {'a', 'b', 'c'};
19092     void print(const char* p)
19093     {
19094         cout << p << '\n';
19095     }
19097     void use()
19098     {
19099         print(arr);   // run-time error; potentially very bad
19100     }
19102 The array `arr` is not a C-style string because it is not zero-terminated.
19104 ##### Alternative
19106 See [`zstring`](#Rstr-zstring), [`string`](#Rstr-string), and [`string_span`](#Rstr-view).
19108 ##### Enforcement
19110 * Flag uses of `[]` on a `char*`
19112 ### <a name="Rstr-byte"></a>SL.str.5: Use `std::byte` to refer to byte values that do not necessarily represent characters
19114 ##### Reason
19116 Use of `char*` to represent a pointer to something that is not necessarily a character causes confusion
19117 and disables valuable optimizations.
19119 ##### Example
19121     ???
19123 ##### Note
19125 C++17
19127 ##### Enforcement
19132 ### <a name="Rstr-locale"></a>SL.str.10: Use `std::string` when you need to perform locale-sensitive string operations
19134 ##### Reason
19136 `std::string` supports standard-library [`locale` facilities](#Rstr-locale)
19138 ##### Example
19140     ???
19142 ##### Note
19146 ##### Enforcement
19150 ### <a name="Rstr-span"></a>SL.str.11: Use `gsl::string_span` rather than `std::string_view` when you need to mutate a string
19152 ##### Reason
19154 `std::string_view` is read-only.
19156 ##### Example
19160 ##### Note
19164 ##### Enforcement
19166 The compiler will flag attempts to write to a `string_view`.
19168 ### <a name="Rstr-s"></a>SL.str.12: Use the `s` suffix for string literals meant to be standard-library `string`s
19170 ##### Reason
19172 Direct expression of an idea minimizes mistakes.
19174 ##### Example
19176     auto pp1 = make_pair("Tokyo", 9.00);         // {C-style string,double} intended?
19177     pair<string, double> pp2 = {"Tokyo", 9.00};  // a bit verbose
19178     auto pp3 = make_pair("Tokyo"s, 9.00);        // {std::string,double}    // C++14
19179     pair pp4 = {"Tokyo"s, 9.00};                 // {std::string,double}    // C++17
19182 ##### Note
19184 C++14
19186 ##### Enforcement
19191 ## <a name="SS-io"></a>SL.io: Iostream
19193 `iostream`s is a type safe, extensible, formatted and unformatted I/O library for streaming I/O.
19194 It supports multiple (and user extensible) buffering strategies and multiple locales.
19195 It can be used for conventional I/O, reading and writing to memory (string streams),
19196 and user-defines extensions, such as streaming across networks (asio: not yet standardized).
19198 Iostream rule summary:
19200 * [SL.io.1: Use character-level input only when you have to](#Rio-low)
19201 * [SL.io.2: When reading, always consider ill-formed input](#Rio-validate)
19202 * [SL.io.3: Prefer iostreams for I/O](#Rio-streams)
19203 * [SL.io.10: Unless you use `printf`-family functions call `ios_base::sync_with_stdio(false)`](#Rio-sync)
19204 * [SL.io.50: Avoid `endl`](#Rio-endl)
19205 * [???](#???)
19207 ### <a name="Rio-low"></a>SL.io.1: Use character-level input only when you have to
19209 ##### Reason
19211 Unless you genuinely just deal with individual characters, using character-level input leads to the user code performing potentially error-prone
19212 and potentially inefficient composition of tokens out of characters.
19214 ##### Example
19216     char c;
19217     char buf[128];
19218     int i = 0;
19219     while (cin.get(c) && !isspace(c) && i < 128)
19220         buf[i++] = c;
19221     if (i == 128) {
19222         // ... handle too long string ....
19223     }
19225 Better (much simpler and probably faster):
19227     string s;
19228     s.reserve(128);
19229     cin >> s;
19231 and the `reserve(128)` is probably not worthwhile.
19233 ##### Enforcement
19238 ### <a name="Rio-validate"></a>SL.io.2: When reading, always consider ill-formed input
19240 ##### Reason
19242 Errors are typically best handled as soon as possible.
19243 If input isn't validated, every function must be written to cope with bad data (and that is not practical).
19245 ##### Example
19247     ???
19249 ##### Enforcement
19253 ### <a name="Rio-streams"></a>SL.io.3: Prefer `iostream`s for I/O
19255 ##### Reason
19257 `iostream`s are safe, flexible, and extensible.
19259 ##### Example
19261     // write a complex number:
19262     complex<double> z{ 3, 4 };
19263     cout << z << '\n';
19265 `complex` is a user-defined type and its I/O is defined without modifying the `iostream` library.
19267 ##### Example
19269     // read a file of complex numbers:
19270     for (complex<double> z; cin >> z; )
19271         v.push_back(z);
19273 ##### Exception
19275 ??? performance ???
19277 ##### Discussion: `iostream`s vs. the `printf()` family
19279 It is often (and often correctly) pointed out that the `printf()` family has two advantages compared to `iostream`s:
19280 flexibility of formatting and performance.
19281 This has to be weighed against `iostream`s advantages of extensibility to handle user-defined types, resilient against security violations,
19282 implicit memory management, and `locale` handling.
19284 If you need I/O performance, you can almost always do better than `printf()`.
19286 `gets()` `scanf()` using `s`, and `printf()` using `%s` are security hazards (vulnerable to buffer overflow and generally error-prone).
19287 In C11, they are replaced by `gets_s()`, `scanf_s()`, and `printf_s()` as safer alternatives, but they are still not type safe.
19289 ##### Enforcement
19291 Optionally flag `<cstdio>` and `<stdio.h>`.
19293 ### <a name="Rio-sync"></a>SL.io.10: Unless you use `printf`-family functions call `ios_base::sync_with_stdio(false)`
19295 ##### Reason
19297 Synchronizing `iostreams` with `printf-style` I/O can be costly.
19298 `cin` and `cout` are by default synchronized with `printf`.
19300 ##### Example
19302     int main()
19303     {
19304         ios_base::sync_with_stdio(false);
19305         // ... use iostreams ...
19306     }
19308 ##### Enforcement
19312 ### <a name="Rio-endl"></a>SL.io.50: Avoid `endl`
19314 ##### Reason
19316 The `endl` manipulator is mostly equivalent to `'\n'` and `"\n"`;
19317 as most commonly used it simply slows down output by doing redundant `flush()`s.
19318 This slowdown can be significant compared to `printf`-style output.
19320 ##### Example
19322     cout << "Hello, World!" << endl;    // two output operations and a flush
19323     cout << "Hello, World!\n";          // one output operation and no flush
19325 ##### Note
19327 For `cin`/`cout` (and equivalent) interaction, there is no reason to flush; that's done automatically.
19328 For writing to a file, there is rarely a need to `flush`.
19330 ##### Note
19332 Apart from the (occasionally important) issue of performance,
19333 the choice between `'\n'` and `endl` is almost completely aesthetic.
19335 ## <a name="SS-regex"></a>SL.regex: Regex
19337 `<regex>` is the standard C++ regular expression library.
19338 It supports a variety of regular expression pattern conventions.
19340 ## <a name="SS-chrono"></a>SL.chrono: Time
19342 `<chrono>` (defined in namespace `std::chrono`) provides the notions of `time_point` and `duration` together with functions for
19343 outputting time in various units.
19344 It provides clocks for registering `time_points`.
19346 ## <a name="SS-clib"></a>SL.C: The C Standard Library
19350 C Standard Library rule summary:
19352 * [S.C.1: Don't use setjmp/longjmp](#Rclib-jmp)
19353 * [???](#???)
19354 * [???](#???)
19356 ### <a name="Rclib-jmp"></a>SL.C.1: Don't use setjmp/longjmp
19358 ##### Reason
19360 a `longjmp` ignores destructors, thus invalidating all resource-management strategies relying on RAII
19362 ##### Enforcement
19364 Flag all occurrences of `longjmp`and `setjmp`
19368 # <a name="S-A"></a>A: Architectural ideas
19370 This section contains ideas about higher-level architectural ideas and libraries.
19372 Architectural rule summary:
19374 * [A.1: Separate stable from less stable part of code](#Ra-stable)
19375 * [A.2: Express potentially reusable parts as a library](#Ra-lib)
19376 * [A.4: There should be no cycles among libraries](#?Ra-dag)
19377 * [???](#???)
19378 * [???](#???)
19379 * [???](#???)
19380 * [???](#???)
19381 * [???](#???)
19382 * [???](#???)
19384 ### <a name="Ra-stable"></a>A.1: Separate stable from less stable part of code
19388 ### <a name="Ra-lib"></a>A.2: Express potentially reusable parts as a library
19390 ##### Reason
19392 ##### Note
19394 A library is a collection of declarations and definitions maintained, documented, and shipped together.
19395 A library could be a set of headers (a "header only library") or a set of headers plus a set of object files.
19396 A library can be statically or dynamically linked into a program, or it may be `#include`d
19399 ### <a name="Ra-dag"></a>A.4: There should be no cycles among libraries
19401 ##### Reason
19403 * A cycle implies complication of the build process.
19404 * Cycles are hard to understand and may introduce indeterminism (unspecified behavior).
19406 ##### Note
19408 A library can contain cyclic references in the definition of its components.
19409 For example:
19411     ???
19413 However, a library should not depend on another that depends on it.
19416 # <a name="S-not"></a>NR: Non-Rules and myths
19418 This section contains rules and guidelines that are popular somewhere, but that we deliberately don't recommend.
19419 We know full well that there have been times and places where these rules made sense, and we have used them ourselves at times.
19420 However, in the context of the styles of programming we recommend and support with the guidelines, these "non-rules" would do harm.
19422 Even today, there can be contexts where the rules make sense.
19423 For example, lack of suitable tool support can make exceptions unsuitable in hard-real-time systems,
19424 but please don't blindly trust "common wisdom" (e.g., unsupported statements about "efficiency");
19425 such "wisdom" may be based on decades-old information or experienced from languages with very different properties than C++
19426 (e.g., C or Java).
19428 The positive arguments for alternatives to these non-rules are listed in the rules offered as "Alternatives".
19430 Non-rule summary:
19432 * [NR.1: Don't: All declarations should be at the top of a function](#Rnr-top)
19433 * [NR.2: Don't: Have only a single `return`-statement in a function](#Rnr-single-return)
19434 * [NR.3: Don't: Don't use exceptions](#Rnr-no-exceptions)
19435 * [NR.4: Don't: Place each class declaration in its own source file](#Rnr-lots-of-files)
19436 * [NR.5: Don't: Don't do substantive work in a constructor; instead use two-phase initialization](#Rnr-two-phase-init)
19437 * [NR.6: Don't: Place all cleanup actions at the end of a function and `goto exit`](#Rnr-goto-exit)
19438 * [NR.7: Don't: Make all data members `protected`](#Rnr-protected-data)
19439 * ???
19441 ### <a name="Rnr-top"></a>NR.1: Don't: All declarations should be at the top of a function
19443 ##### Reason (not to follow this rule)
19445 This rule is a legacy of old programming languages that didn't allow initialization of variables and constants after a statement.
19446 This leads to longer programs and more errors caused by uninitialized and wrongly initialized variables.
19448 ##### Example, bad
19450     int use(int x)
19451     {
19452         int i;
19453         char c;
19454         double d;
19456         // ... some stuff ...
19458         if (x < i) {
19459             // ...
19460             i = f(x, d);
19461         }
19462         if (i < x) {
19463             // ...
19464             i = g(x, c);
19465         }
19466         return i;
19467     }
19469 The larger the distance between the uninitialized variable and its use, the larger the chance of a bug.
19470 Fortunately, compilers catch many "used before set" errors.
19471 Unfortunately, compilers cannot catch all such errors and unfortunately, the bugs aren't always as simple to spot as in this small example.
19474 ##### Alternative
19476 * [Always initialize an object](#Res-always)
19477 * [ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it](#Res-introduce)
19479 ### <a name="Rnr-single-return"></a>NR.2: Don't: Have only a single `return`-statement in a function
19481 ##### Reason (not to follow this rule)
19483 The single-return rule can lead to unnecessarily convoluted code and the introduction of extra state variables.
19484 In particular, the single-return rule makes it harder to concentrate error checking at the top of a function.
19486 ##### Example
19488     template<class T>
19489     //  requires Number<T>
19490     string sign(T x)
19491     {
19492         if (x < 0)
19493             return "negative";
19494         else if (x > 0)
19495             return "positive";
19496         return "zero";
19497     }
19499 to use a single return only we would have to do something like
19501     template<class T>
19502     //  requires Number<T>
19503     string sign(T x)        // bad
19504     {
19505         string res;
19506         if (x < 0)
19507             res = "negative";
19508         else if (x > 0)
19509             res = "positive";
19510         else
19511             res = "zero";
19512         return res;
19513     }
19515 This is both longer and likely to be less efficient.
19516 The larger and more complicated the function is, the more painful the workarounds get.
19517 Of course many simple functions will naturally have just one `return` because of their simpler inherent logic.
19519 ##### Example
19521     int index(const char* p)
19522     {
19523         if (!p) return -1;  // error indicator: alternatively "throw nullptr_error{}"
19524         // ... do a lookup to find the index for p
19525         return i;
19526     }
19528 If we applied the rule, we'd get something like
19530     int index2(const char* p)
19531     {
19532         int i;
19533         if (!p)
19534             i = -1;  // error indicator
19535         else {
19536             // ... do a lookup to find the index for p
19537         }
19538         return i;
19539     }
19541 Note that we (deliberately) violated the rule against uninitialized variables because this style commonly leads to that.
19542 Also, this style is a temptation to use the [goto exit](#Rnr-goto-exit) non-rule.
19544 ##### Alternative
19546 * Keep functions short and simple
19547 * Feel free to use multiple `return` statements (and to throw exceptions).
19549 ### <a name="Rnr-no-exceptions"></a>NR.3: Don't: Don't use exceptions
19551 ##### Reason (not to follow this rule)
19553 There seem to be three main reasons given for this non-rule:
19555 * exceptions are inefficient
19556 * exceptions lead to leaks and errors
19557 * exception performance is not predictable
19559 There is no way we can settle this issue to the satisfaction of everybody.
19560 After all, the discussions about exceptions have been going on for 40+ years.
19561 Some languages cannot be used without exceptions, but others do not support them.
19562 This leads to strong traditions for the use and non-use of exceptions, and to heated debates.
19564 However, we can briefly outline why we consider exceptions the best alternative for general-purpose programming
19565 and in the context of these guidelines.
19566 Simple arguments for and against are often inconclusive.
19567 There are specialized applications where exceptions indeed can be inappropriate
19568 (e.g., hard-real-time systems without support for reliable estimates of the cost of handling an exception).
19570 Consider the major objections to exceptions in turn
19572 * Exceptions are inefficient:
19573 Compared to what?
19574 When comparing make sure that the same set of errors are handled and that they are handled equivalently.
19575 In particular, do not compare a program that immediately terminate on seeing an error with a program
19576 that carefully cleans up resources before logging an error.
19577 Yes, some systems have poor exception handling implementations; sometimes, such implementations force us to use
19578 other error-handling approaches, but that's not a fundamental problem with exceptions.
19579 When using an efficiency argument - in any context - be careful that you have good data that actually provides
19580 insight into the problem under discussion.
19581 * Exceptions lead to leaks and errors.
19582 They do not.
19583 If your program is a rat's nest of pointers without an overall strategy for resource management,
19584 you have a problem whatever you do.
19585 If your system consists of a million lines of such code,
19586 you probably will not be able to use exceptions,
19587 but that's a problem with excessive and undisciplined pointer use, rather than with exceptions.
19588 In our opinion, you need RAII to make exception-based error handling simple and safe -- simpler and safer than alternatives.
19589 * Exception performance is not predictable.
19590 If you are in a hard-real-time system where you must guarantee completion of a task in a given time,
19591 you need tools to back up such guarantees.
19592 As far as we know such tools are not available (at least not to most programmers).
19594 Many, possibly most, problems with exceptions stem from historical needs to interact with messy old code.
19596 The fundamental arguments for the use of exceptions are
19598 * They clearly differentiate between erroneous return and ordinary return
19599 * They cannot be forgotten or ignored
19600 * They can be used systematically
19602 Remember
19604 * Exceptions are for reporting errors (in C++; other languages can have different uses for exceptions).
19605 * Exceptions are not for errors that can be handled locally.
19606 * Don't try to catch every exception in every function (that's tedious, clumsy, and leads to slow code).
19607 * Exceptions are not for errors that require instant termination of a module/system after a non-recoverable error.
19609 ##### Example
19611     ???
19613 ##### Alternative
19615 * [RAII](#Re-raii)
19616 * Contracts/assertions: Use GSL's `Expects` and `Ensures` (until we get language support for contracts)
19618 ### <a name="Rnr-lots-of-files"></a>NR.4: Don't: Place each class declaration in its own source file
19620 ##### Reason (not to follow this rule)
19622 The resulting number of files are hard to manage and can slow down compilation.
19623 Individual classes are rarely a good logical unit of maintenance and distribution.
19625 ##### Example
19627     ???
19629 ##### Alternative
19631 * Use namespaces containing logically cohesive sets of classes and functions.
19633 ### <a name="Rnr-two-phase-init"></a>NR.5: Don't: Don't do substantive work in a constructor; instead use two-phase initialization
19635 ##### Reason (not to follow this rule)
19637 Following this rule leads to weaker invariants,
19638 more complicated code (having to deal with semi-constructed objects),
19639 and errors (when we didn't deal correctly with semi-constructed objects consistently).
19641 ##### Example
19643     ???
19645 ##### Alternative
19647 * Always establish a class invariant in a constructor.
19648 * Don't define an object before it is needed.
19650 ### <a name="Rnr-goto-exit"></a>NR.6: Don't: Place all cleanup actions at the end of a function and `goto exit`
19652 ##### Reason (not to follow this rule)
19654 `goto` is error-prone.
19655 This technique is a pre-exception technique for RAII-like resource and error handling.
19657 ##### Example, bad
19659     void do_something(int n)
19660     {
19661         if (n < 100) goto exit;
19662         // ...
19663         int* p = (int*) malloc(n);
19664         // ...
19665         if (some_error) goto_exit;
19666         // ...
19667     exit:
19668         free(p);
19669     }
19671 and spot the bug.
19673 ##### Alternative
19675 * Use exceptions and [RAII](#Re-raii)
19676 * for non-RAII resources, use [`finally`](#Re-finally).
19678 ### <a name="Rnr-protected-data"></a>NR.7: Don't: Make all data members `protected`
19680 ##### Reason (not to follow this rule)
19682 `protected` data is a source of errors.
19683 `protected` data can be manipulated from an unbounded amount of code in various places.
19684 `protected` data is the class hierarchy equivalent to global data.
19686 ##### Example
19688     ???
19690 ##### Alternative
19692 * [Make member data `public` or (preferably) `private`](#Rh-protected)
19695 # <a name="S-references"></a>RF: References
19697 Many coding standards, rules, and guidelines have been written for C++, and especially for specialized uses of C++.
19698 Many
19700 * focus on lower-level issues, such as the spelling of identifiers
19701 * are written by C++ novices
19702 * see "stopping programmers from doing unusual things" as their primary aim
19703 * aim at portability across many compilers (some 10 years old)
19704 * are written to preserve decades old code bases
19705 * aim at a single application domain
19706 * are downright counterproductive
19707 * are ignored (must be ignored by programmers to get their work done well)
19709 A bad coding standard is worse than no coding standard.
19710 However an appropriate set of guidelines are much better than no standards: "Form is liberating."
19712 Why can't we just have a language that allows all we want and disallows all we don't want ("a perfect language")?
19713 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.
19714 Also, your needs change over time and a general-purpose language is needed to allow you to adapt.
19715 A language that is ideal for today would be overly restrictive tomorrow.
19717 Coding guidelines adapt the use of a language to specific needs.
19718 Thus, there cannot be a single coding style for everybody.
19719 We expect different organizations to provide additions, typically with more restrictions and firmer style rules.
19721 Reference sections:
19723 * [RF.rules: Coding rules](#SS-rules)
19724 * [RF.books: Books with coding guidelines](#SS-books)
19725 * [RF.C++: C++ Programming (C++11/C++14)](#SS-Cplusplus)
19726 * [RF.web: Websites](#SS-web)
19727 * [RS.video: Videos about "modern C++"](#SS-vid)
19728 * [RF.man: Manuals](#SS-man)
19729 * [RF.core: Core Guidelines materials](#SS-core)
19731 ## <a name="SS-rules"></a>RF.rules: Coding rules
19733 * [Boost Library Requirements and Guidelines](http://www.boost.org/development/requirements.html).
19734   ???.
19735 * [Bloomberg: BDE C++ Coding](https://github.com/bloomberg/bde/wiki/CodingStandards.pdf).
19736   Has a strong emphasis on code organization and layout.
19737 * Facebook: ???
19738 * [GCC Coding Conventions](https://gcc.gnu.org/codingconventions.html).
19739   C++03 and (reasonably) a bit backwards looking.
19740 * [Google C++ Style Guide](https://google.github.io/styleguide/cppguide.html).
19741   Geared toward C++03 and (also) older code bases. Google experts are now actively collaborating here on helping to improve these Guidelines, and hopefully to merge efforts so these can be a modern common set they could also recommend.
19742 * [JSF++: JOINT STRIKE FIGHTER AIR VEHICLE C++ CODING STANDARDS](http://www.stroustrup.com/JSF-AV-rules.pdf).
19743   Document Number 2RDU00001 Rev C. December 2005.
19744   For flight control software.
19745   For hard-real-time.
19746   This means that it is necessarily very restrictive ("if the program fails somebody dies").
19747   For example, no free store allocation or deallocation may occur after the plane takes off (no memory overflow and no fragmentation allowed).
19748   No exception may be used (because there was no available tool for guaranteeing that an exception would be handled within a fixed short time).
19749   Libraries used have to have been approved for mission critical applications.
19750   Any similarities to this set of guidelines are unsurprising because Bjarne Stroustrup was an author of JSF++.
19751   Recommended, but note its very specific focus.
19752 * [Mozilla Portability Guide](https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Mozilla/C%2B%2B_Portability_Guide).
19753   As the name indicates, this aims for portability across many (old) compilers.
19754   As such, it is restrictive.
19755 * [Geosoft.no: C++ Programming Style Guidelines](http://geosoft.no/development/cppstyle.html).
19756   ???.
19757 * [Possibility.com: C++ Coding Standard](http://www.possibility.com/Cpp/CppCodingStandard.html).
19758   ???.
19759 * [SEI CERT: Secure C++ Coding Standard](https://www.securecoding.cert.org/confluence/pages/viewpage.action?pageId=637).
19760   A very nicely done set of rules (with examples and rationales) done for security-sensitive code.
19761   Many of their rules apply generally.
19762 * [High Integrity C++ Coding Standard](http://www.codingstandard.com/).
19763 * [llvm](http://llvm.org/docs/CodingStandards.html).
19764   Somewhat brief, pre-C++11, and (not unreasonably) adjusted to its domain.
19765 * ???
19767 ## <a name="SS-books"></a>RF.books: Books with coding guidelines
19769 * [Meyers96](#Meyers96) Scott Meyers: *More Effective C++*. Addison-Wesley 1996.
19770 * [Meyers97](#Meyers97) Scott Meyers: *Effective C++, Second Edition*. Addison-Wesley 1997.
19771 * [Meyers01](#Meyers01) Scott Meyers: *Effective STL*. Addison-Wesley 2001.
19772 * [Meyers05](#Meyers05) Scott Meyers: *Effective C++, Third Edition*. Addison-Wesley 2005.
19773 * [Meyers15](#Meyers15) Scott Meyers: *Effective Modern C++*. O'Reilly 2015.
19774 * [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.
19775 * [Stroustrup05](#Stroustrup05) Bjarne Stroustrup: [A rationale for semantically enhanced library languages](http://www.stroustrup.com/SELLrationale.pdf).
19776   LCSD05. October 2005.
19777 * [Stroustrup14](#Stroustrup05) Stroustrup: [A Tour of C++](http://www.stroustrup.com/Tour.html).
19778   Addison Wesley 2014.
19779   Each chapter ends with an advice section consisting of a set of recommendations.
19780 * [Stroustrup13](#Stroustrup13) Stroustrup: [The C++ Programming Language (4th Edition)](http://www.stroustrup.com/4th.html).
19781   Addison Wesley 2013.
19782   Each chapter ends with an advice section consisting of a set of recommendations.
19783 * Stroustrup: [Style Guide](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf)
19784   for [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html).
19785   Mostly low-level naming and layout rules.
19786   Primarily a teaching tool.
19788 ## <a name="SS-Cplusplus"></a>RF.C++: C++ Programming (C++11/C++14)
19790 * [TC++PL4](http://www.stroustrup.com/4th.html):
19791 A thorough description of the C++ language and standard libraries for experienced programmers.
19792 * [Tour++](http://www.stroustrup.com/Tour.html):
19793 An overview of the C++ language and standard libraries for experienced programmers.
19794 * [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html):
19795 A textbook for beginners and relative novices.
19797 ## <a name="SS-web"></a>RF.web: Websites
19799 * [isocpp.org](https://isocpp.org)
19800 * [Bjarne Stroustrup's home pages](http://www.stroustrup.com)
19801 * [WG21](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/)
19802 * [Boost](http://www.boost.org)<a name="Boost"></a>
19803 * [Adobe open source](http://www.adobe.com/open-source.html)
19804 * [Poco libraries](http://pocoproject.org/)
19805 * Sutter's Mill?
19806 * ???
19808 ## <a name="SS-vid"></a>RS.video: Videos about "modern C++"
19810 * Bjarne Stroustrup: [C++11 Style](http://channel9.msdn.com/Events/GoingNative/GoingNative-2012/Keynote-Bjarne-Stroustrup-Cpp11-Style). 2012.
19811 * 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
19812 * All the talks from [CppCon '14](https://isocpp.org/blog/2014/11/cppcon-videos-c9)
19813 * Bjarne Stroustrup: [The essence of C++](https://www.youtube.com/watch?v=86xWVb4XIyE) at the University of Edinburgh. 2014.
19814 * Bjarne Stroustrup: [The Evolution of C++ Past, Present and Future](https://www.youtube.com/watch?v=_wzc7a3McOs). CppCon 2016 keynote.
19815 * Bjarne Stroustrup: [Make Simple Tasks Simple!](https://www.youtube.com/watch?v=nesCaocNjtQ). CppCon 2014 keynote.
19816 * Bjarne Stroustrup: [Writing Good C++14](https://www.youtube.com/watch?v=1OEu9C51K2A). CppCon 2015 keynote about the Core Guidelines.
19817 * Herb Sutter: [Writing Good C++14... By Default](https://www.youtube.com/watch?v=hEx5DNLWGgA). CppCon 2015 keynote about the Core Guidelines.
19818 * CppCon 15
19819 * ??? C++ Next
19820 * ??? Meting C++
19821 * ??? more ???
19823 ## <a name="SS-man"></a>RF.man: Manuals
19825 * ISO C++ Standard C++11.
19826 * ISO C++ Standard C++14.
19827 * [ISO C++ Standard C++17 CD](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4606.pdf). Committee Draft.
19828 * [Palo Alto "Concepts" TR](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2012/n3351.pdf).
19829 * [ISO C++ Concepts TS](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
19830 * [WG21 Ranges report](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4569.pdf). Draft.
19833 ## <a name="SS-core"></a>RF.core: Core Guidelines materials
19835 This section contains materials that has been useful for presenting the core guidelines and the ideas behind them:
19837 * [Our documents directory](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/tree/master/docs)
19838 * Stroustrup, Sutter, and Dos Reis: [A brief introduction to C++'s model for type- and resource-safety](http://www.stroustrup.com/resource-model.pdf). A paper with lots of examples.
19839 * Sergey Zubkov: [a Core Guidelines talk](https://www.youtube.com/watch?v=DyLwdl_6vmU)
19840 and here are the [slides](http://2017.cppconf.ru/talks/sergey-zubkov). In Russian. 2017.
19841 * Neil MacIntosh: [The Guideline Support Library: One Year Later](https://www.youtube.com/watch?v=_GhNnCuaEjo). CppCon 2016.
19842 * Bjarne Stroustrup: [Writing Good C++14](https://www.youtube.com/watch?v=1OEu9C51K2A). CppCon 2015 keynote.
19843 * Herb Sutter: [Writing Good C++14... By Default](https://www.youtube.com/watch?v=hEx5DNLWGgA). CppCon 2015 keynote.
19844 * Peter Sommerlad: [C++ Core Guidelines - Modernize your C++ Code Base](https://www.youtube.com/watch?v=fQ926v4ZzAM). ACCU 2017.
19845 * Bjarne Stroustrup: [No Littering!](https://www.youtube.com/watch?v=01zI9kV4h8c). Bay Area ACCU 2016.
19846 It gives some idea of the ambition level for the Core Guidelines.
19848 Note that slides for CppCon presentations are available (links with the posted videos).
19850 Contributions to this list would be most welcome.
19852 ## <a name="SS-ack"></a>Acknowledgements
19854 Thanks to the many people who contributed rules, suggestions, supporting information, references, etc.:
19856 * Peter Juhl
19857 * Neil MacIntosh
19858 * Axel Naumann
19859 * Andrew Pardoe
19860 * Gabriel Dos Reis
19861 * Zhuang, Jiangang (Jeff)
19862 * Sergey Zubkov
19864 and see the contributor list on the github.
19866 # <a name="S-profile"></a>Pro: Profiles
19868 Ideally, we would follow all of the guidelines.
19869 That would give the cleanest, most regular, least error-prone, and often the fastest code.
19870 Unfortunately, that is usually impossible because we have to fit our code into large code bases and use existing libraries.
19871 Often, such code has been written over decades and does not follow these guidelines.
19872 We must aim for [gradual adoption](#S-modernizing).
19874 Whatever strategy for gradual adoption we adopt, we need to be able to apply sets of related guidelines to address some set
19875 of problems first and leave the rest until later.
19876 A similar idea of "related guidelines" becomes important when some, but not all, guidelines are considered relevant to a code base
19877 or if a set of specialized guidelines is to be applied for a specialized application area.
19878 We call such a set of related guidelines a "profile".
19879 We aim for such a set of guidelines to be coherent so that they together help us reach a specific goal, such as "absence of range errors"
19880 or "static type safety."
19881 Each profile is designed to eliminate a class of errors.
19882 Enforcement of "random" rules in isolation is more likely to be disruptive to a code base than delivering a definite improvement.
19884 A "profile" is a set of deterministic and portably enforceable subset rules (i.e., restrictions) that are designed to achieve a specific guarantee.
19885 "Deterministic" means they require only local analysis and could be implemented in a compiler (though they don't need to be).
19886 "Portably enforceable" means they are like language rules, so programmers can count on different enforcement tools giving the same answer for the same code.
19888 Code written to be warning-free using such a language profile is considered to conform to the profile.
19889 Conforming code is considered to be safe by construction with regard to the safety properties targeted by that profile.
19890 Conforming code will not be the root cause of errors for that property,
19891 although such errors may be introduced into a program by other code, libraries or the external environment.
19892 A profile may also introduce additional library types to ease conformance and encourage correct code.
19894 Profiles summary:
19896 * [Pro.type: Type safety](#SS-type)
19897 * [Pro.bounds: Bounds safety](#SS-bounds)
19898 * [Pro.lifetime: Lifetime safety](#SS-lifetime)
19900 In the future, we expect to define many more profiles and add more checks to existing profiles.
19901 Candidates include:
19903 * narrowing arithmetic promotions/conversions (likely part of a separate safe-arithmetic profile)
19904 * arithmetic cast from negative floating point to unsigned integral type (ditto)
19905 * selected undefined behavior: Start with Gabriel Dos Reis's UB list developed for the WG21 study group
19906 * selected unspecified behavior: Addressing portability concerns.
19907 * `const` violations: Mostly done by compilers already, but we can catch inappropriate casting and underuse of `const`.
19909 Enabling a profile is implementation defined; typically, it is set in the analysis tool used.
19911 To suppress enforcement of a profile check, place a `suppress` annotation on a language contract. For example:
19913     [[suppress(bounds)]] char* raw_find(char* p, int n, char x)    // find x in p[0]..p[n - 1]
19914     {
19915         // ...
19916     }
19918 Now `raw_find()` can scramble memory to its heart's content.
19919 Obviously, suppression should be very rare.
19921 ## <a name="SS-type"></a>Pro.safety: Type-safety profile
19923 This profile makes it easier to construct code that uses types correctly and avoids inadvertent type punning.
19924 It does so by focusing on removing the primary sources of type violations, including unsafe uses of casts and unions.
19926 For the purposes of this section,
19927 type-safety is defined to be the property that a variable is not used in a way that doesn't obey the rules for the type of its definition.
19928 Memory accessed as a type `T` should not be valid memory that actually contains an object of an unrelated type `U`.
19929 Note that the safety is intended to be complete when combined also with [Bounds safety](#SS-bounds) and [Lifetime safety](#SS-lifetime).
19931 An implementation of this profile shall recognize the following patterns in source code as non-conforming and issue a diagnostic.
19933 Type safety profile summary:
19935 * <a name="Pro-type-avoidcasts"></a>Type.1: [Avoid casts](#Res-casts):
19936 <a name="Pro-type-reinterpretcast">a. </a>Don't use `reinterpret_cast`; A strict version of [Avoid casts](#Res-casts) and [prefer named casts](#Res-casts-named).
19937 <a name="Pro-type-arithmeticcast">b. </a>Don't use `static_cast` for arithmetic types; A strict version of [Avoid casts](#Res-casts) and [prefer named casts](#Res-casts-named).
19938 <a name="Pro-type-identitycast">c. </a>Don't cast between pointer types where the source type and the target type are the same; A strict version of [Avoid casts](#Res-casts).
19939 <a name="Pro-type-implicitpointercast">d. </a>Don't cast between pointer types when the conversion could be implicit; A strict version of [Avoid casts](#Res-casts).
19940 * <a name="Pro-type-downcast"></a>Type.2: Don't use `static_cast` to downcast:
19941 [Use `dynamic_cast` instead](#Rh-dynamic_cast).
19942 * <a name="Pro-type-constcast"></a>Type.3: Don't use `const_cast` to cast away `const` (i.e., at all):
19943 [Don't cast away const](#Res-casts-const).
19944 * <a name="Pro-type-cstylecast"></a>Type.4: Don't use C-style `(T)expression` or functional `T(expression)` casts:
19945 Prefer [construction](#Res-construct) or [named casts](#Res-cast-named).
19946 * <a name="Pro-type-init"></a>Type.5: Don't use a variable before it has been initialized:
19947 [always initialize](#Res-always).
19948 * <a name="Pro-type-memberinit"></a>Type.6: Always initialize a member variable:
19949 [always initialize](#Res-always),
19950 possibly using [default constructors](#Rc-default0) or
19951 [default member initializers](#Rc-in-class-initializers).
19952 * <a name="Pro-type-unon"></a>Type.7: Avoid naked union:
19953 [Use `variant` instead](#Ru-naked).
19954 * <a name="Pro-type-varargs"></a>Type.8: Avoid varargs:
19955 [Don't use `va_arg` arguments](#F-varargs).
19957 ##### Impact
19959 With the type-safety profile you can trust that every operation is applied to a valid object.
19960 Exception may be thrown to indicate errors that cannot be detected statically (at compile time).
19961 Note that this type-safety can be complete only if we also have [Bounds safety](#SS-bounds) and [Lifetime safety](#SS-lifetime).
19962 Without those guarantees, a region of memory could be accessed independent of which object, objects, or parts of objects are stored in it.
19965 ## <a name="SS-bounds"></a>Pro.bounds: Bounds safety profile
19967 This profile makes it easier to construct code that operates within the bounds of allocated blocks of memory.
19968 It does so by focusing on removing the primary sources of bounds violations: pointer arithmetic and array indexing.
19969 One of the core features of this profile is to restrict pointers to only refer to single objects, not arrays.
19971 We define bounds-safety to be the property that a program does not use an object to access memory outside of the range that was allocated for it.
19972 Bounds safety is intended to be complete only when combined with [Type safety](#SS-type) and [Lifetime safety](#SS-lifetime),
19973 which cover other unsafe operations that allow bounds violations.
19975 Bounds safety profile summary:
19977 * <a href="Pro-bounds-arithmetic"></a>Bounds.1: Don't use pointer arithmetic. Use `span` instead:
19978 [Pass pointers to single objects (only)](#Ri-array) and [Keep pointer arithmetic simple](#Res-simple).
19979 * <a href="Pro-bounds-arrayindex"></a>Bounds.2: Only index into arrays using constant expressions:
19980 [Pass pointers to single objects (only)](#Ri-array) and [Keep pointer arithmetic simple](#Res-simple).
19981 * <a href="Pro-bounds-decay"></a>Bounds.3: No array-to-pointer decay:
19982 [Pass pointers to single objects (only)](#Ri-array) and [Keep pointer arithmetic simple](#Res-simple).
19983 * <a href="Pro-bounds-stdlib"></a>Bounds.4: Don't use standard-library functions and types that are not bounds-checked:
19984 [Use the standard library in a type-safe manner](#Rsl-bounds).
19986 ##### Impact
19988 Bounds safety implies that access to an object - notably arrays - does not access beyond the object's memory allocation.
19989 This eliminates a large class of insidious and hard-to-find errors, including the (in)famous "buffer overflow" errors.
19990 This closes security loopholes as well as a prominent source of memory corruption (when writing out of bounds).
19991 Even an out-of-bounds access is "just a read", it can lead to invariant violations (when the accessed isn't of the assumed type)
19992 and "mysterious values."
19995 ## <a name="SS-lifetime"></a>Pro.lifetime: Lifetime safety profile
19997 Accessing through a pointer that doesn't point to anything is a major source of errors,
19998 and very hard to avoid in many traditional C or C++ styles of programming.
19999 For example, a pointer may be uninitialized, the `nullptr`, point beyond the range of an array, or to a deleted object.
20001 See /docs folder for the initial design. The detailed formal rules are in progress (as of May 2017).
20003 Lifetime safety profile summary:
20005 * <a href="Pro-lifetime-invalid-deref"></a>Lifetime.1: Don't dereference a possibly invalid pointer:
20006 [detect or avoid](#Res-deref).
20008 ##### Impact
20010 Once completely enforced through a combination of style rules, static analysis, and library support, this profile
20012 * eliminates one of the major sources of nasty errors in C++
20013 * eliminates a major source of potential security violations
20014 * improves performance by eliminating redundant "paranoia" checks
20015 * increases confidence in correctness of code
20016 * avoids undefined behavior by enforcing a key C++ language rule
20019 # <a name="S-gsl"></a>GSL: Guideline support library
20021 The GSL is a small library of facilities designed to support this set of guidelines.
20022 Without these facilities, the guidelines would have to be far more restrictive on language details.
20024 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.
20026 The GSL is header only, and can be found at [GSL: Guideline support library](https://github.com/Microsoft/GSL).
20027 The support library facilities are designed to be extremely lightweight (zero-overhead) so that they impose no overhead compared to using conventional alternatives.
20028 Where desirable, they can be "instrumented" with additional functionality (e.g., checks) for tasks such as debugging.
20030 These Guidelines assume a `variant` type, but this is not currently in GSL.
20031 Eventually, use [the one voted into C++17](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0088r3.html).
20033 Summary of GSL components:
20035 * [GSL.view: Views](#SS-views)
20036 * [GSL.owner](#SS-ownership)
20037 * [GSL.assert: Assertions](#SS-assertions)
20038 * [GSL.util: Utilities](#SS-utilities)
20039 * [GSL.concept: Concepts](#SS-gsl-concepts)
20041 We plan for a "ISO C++ standard style" semi-formal specification of the GSL.
20043 We rely on the ISO C++ Standard Library and hope for parts of the GSL to be absorbed into the standard library.
20045 ## <a name="SS-views"></a>GSL.view: Views
20047 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.
20049 These "views" are never owners.
20051 References are never owners (see [R.4](#Rr-ref). Note: References have many opportunities to outlive the objects they refer to (returning a local variable by reference, holding a reference to an element of a vector and doing `push_back`, binding to `std::max(x, y + 1)`, etc. The Lifetime safety profile aims to address those things, but even so `owner<T&>` does not make sense and is discouraged.
20053 The names are mostly ISO standard-library style (lower case and underscore):
20055 * `T*`      // The `T*` is not an owner, may be null; assumed to be pointing to a single element.
20056 * `T&`      // The `T&` is not an owner and can never be a "null reference"; references are always bound to objects.
20058 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.
20059 Owners should be converted to resource handles (e.g., `unique_ptr` or `vector<T>`) or marked `owner<T*>`.
20061 * `owner<T*>`   // a `T*` that owns the object pointed/referred to; may be `nullptr`.
20063 `owner` is used to mark owning pointers in code that cannot be upgraded to use proper resource handles.
20064 Reasons for that include:
20066 * Cost of conversion.
20067 * The pointer is used with an ABI.
20068 * The pointer is part of the implementation of a resource handle.
20070 An `owner<T>` differs from a resource handle for a `T` by still requiring an explicit `delete`.
20072 An `owner<T>` is assumed to refer to an object on the free store (heap).
20074 If something is not supposed to be `nullptr`, say so:
20076 * `not_null<T>`   // `T` is usually a pointer type (e.g., `not_null<int*>` and `not_null<owner<Foo*>>`) that may not be `nullptr`.
20077   `T` can be any type for which `==nullptr` is meaningful.
20079 * `span<T>`       // `[p:p+n)`, constructor from `{p, q}` and `{p, n}`; `T` is the pointer type
20080 * `span_p<T>`     // `{p, predicate}` `[p:q)` where `q` is the first element for which `predicate(*p)` is true
20081 * `string_span`   // `span<char>`
20082 * `cstring_span`  // `span<const char>`
20084 A `span<T>` refers to zero or more mutable `T`s unless `T` is a `const` type.
20086 "Pointer arithmetic" is best done within `span`s.
20087 A `char*` that points to more than one `char` but is not a C-style string (e.g., a pointer into an input buffer) should be represented by a `span`.
20089 * `zstring`    // a `char*` supposed to be a C-style string; that is, a zero-terminated sequence of `char` or `nullptr`
20090 * `czstring`   // a `const char*` supposed to be a C-style string; that is, a zero-terminated sequence of `const` `char` or `nullptr`
20092 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.
20093 A sequence of characters that is not assumed to be zero-terminated should be a `char*`, rather than a `zstring`.
20094 French accent optional.
20096 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?
20098 ## <a name="SS-ownership"></a>GSL.owner: Ownership pointers
20100 * `unique_ptr<T>`     // unique ownership: `std::unique_ptr<T>`
20101 * `shared_ptr<T>`     // shared ownership: `std::shared_ptr<T>` (a counted pointer)
20102 * `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.
20103 * `dyn_array<T>`      // ??? needed ??? A heap-allocated array. The number of elements are determined at construction and fixed thereafter.
20104   The elements are mutable unless `T` is a `const` type. Basically a `span` that allocates and owns its elements.
20106 ## <a name="SS-assertions"></a>GSL.assert: Assertions
20108 * `Expects`     // precondition assertion. Currently placed in function bodies. Later, should be moved to declarations.
20109                 // `Expects(p)` terminates the program unless `p == true`
20110                 // `Expect` in under control of some options (enforcement, error message, alternatives to terminate)
20111 * `Ensures`     // postcondition assertion. Currently placed in function bodies. Later, should be moved to declarations.
20113 These assertions are currently macros (yuck!) and must appear in function definitions (only)
20114 pending standard committee decisions on contracts and assertion syntax.
20115 See [the contract proposal](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0380r1.pdf); using the attribute syntax,
20116 for example, `Expects(p)` will become `[[expects: p]]`.
20118 ## <a name="SS-utilities"></a>GSL.util: Utilities
20120 * `finally`        // `finally(f)` makes a `final_action{f}` with a destructor that invokes `f`
20121 * `narrow_cast`    // `narrow_cast<T>(x)` is `static_cast<T>(x)`
20122 * `narrow`         // `narrow<T>(x)` is `static_cast<T>(x)` if `static_cast<T>(x) == x` or it throws `narrowing_error`
20123 * `[[implicit]]`   // "Marker" to put on single-argument constructors to explicitly make them non-explicit.
20124 * `move_owner`     // `p = move_owner(q)` means `p = q` but ???
20125 * `joining_thread` // a RAII style version of `std::thread` that joins.
20126 * `index`          // a type to use for all container and array indexing (currently an alias for `ptrdiff_t`)
20128 ## <a name="SS-gsl-concepts"></a>GSL.concept: Concepts
20130 These concepts (type predicates) are borrowed from
20131 Andrew Sutton's Origin library,
20132 the Range proposal,
20133 and the ISO WG21 Palo Alto TR.
20134 They are likely to be very similar to what will become part of the ISO C++ standard.
20135 The notation is that of the ISO WG21 [Concepts TS](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
20136 Most of the concepts below are defined in [the Ranges TS](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4569.pdf).
20138 * `Range`
20139 * `String`   // ???
20140 * `Number`   // ???
20141 * `Sortable`
20142 * `Pointer`  // A type with `*`, `->`, `==`, and default construction (default construction is assumed to set the singular "null" value); see [smart pointers](#SS-gsl-smartptrconcepts)
20143 * `Unique_ptr`  // A type that matches `Pointer`, has move (not copy), and matches the Lifetime profile criteria for a `unique` owner type; see [smart pointers](#SS-gsl-smartptrconcepts)
20144 * `Shared_ptr`   // A type that matches `Pointer`, has copy, and matches the Lifetime profile criteria for a `shared` owner type; see [smart pointers](#SS-gsl-smartptrconcepts)
20145 * `EqualityComparable`   // ???Must we suffer CaMelcAse???
20146 * `Convertible`
20147 * `Common`
20148 * `Boolean`
20149 * `Integral`
20150 * `SignedIntegral`
20151 * `SemiRegular` // ??? Copyable?
20152 * `Regular`
20153 * `TotallyOrdered`
20154 * `Function`
20155 * `RegularFunction`
20156 * `Predicate`
20157 * `Relation`
20158 * ...
20160 ### <a name="SS-gsl-smartptrconcepts"></a>GSL.ptr: Smart pointer concepts
20162 See [Lifetimes paper](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/docs/Lifetimes%20I%20and%20II%20-%20v0.9.1.pdf).
20164 # <a name="S-naming"></a>NL: Naming and layout rules
20166 Consistent naming and layout are helpful.
20167 If for no other reason because it minimizes "my style is better than your style" arguments.
20168 However, there are many, many, different styles around and people are passionate about them (pro and con).
20169 Also, most real-world projects includes code from many sources, so standardizing on a single style for all code is often impossible.
20170 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.
20171 IDEs and tools can help (as well as hinder).
20173 Naming and layout rules:
20175 * [NL.1: Don't say in comments what can be clearly stated in code](#Rl-comments)
20176 * [NL.2: State intent in comments](#Rl-comments-intent)
20177 * [NL.3: Keep comments crisp](#Rl-comments-crisp)
20178 * [NL.4: Maintain a consistent indentation style](#Rl-indent)
20179 * [NL.5: Avoid encoding type information in names](#Rl-name-type)
20180 * [NL.7: Make the length of a name roughly proportional to the length of its scope](#Rl-name-length)
20181 * [NL.8: Use a consistent naming style](#Rl-name)
20182 * [NL.9: Use `ALL_CAPS` for macro names only](#Rl-all-caps)
20183 * [NL.10: Prefer `underscore_style` names](#Rl-camel)
20184 * [NL.11: Make literals readable](#Rl-literals)
20185 * [NL.15: Use spaces sparingly](#Rl-space)
20186 * [NL.16: Use a conventional class member declaration order](#Rl-order)
20187 * [NL.17: Use K&R-derived layout](#Rl-knr)
20188 * [NL.18: Use C++-style declarator layout](#Rl-ptr)
20189 * [NL.19: Avoid names that are easily misread](#Rl-misread)
20190 * [NL.20: Don't place two statements on the same line](#Rl-stmt)
20191 * [NL.21: Declare one name (only) per declaration](#Rl-dcl)
20192 * [NL.25: Don't use `void` as an argument type](#Rl-void)
20193 * [NL.26: Use conventional `const` notation](#Rl-const)
20195 Most of these rules are aesthetic and programmers hold strong opinions.
20196 IDEs also tend to have defaults and a range of alternatives.
20197 These rules are suggested defaults to follow unless you have reasons not to.
20199 We have had comments to the effect that naming and layout are so personal and/or arbitrary that we should not try to "legislate" them.
20200 We are not "legislating" (see the previous paragraph).
20201 However, we have had many requests for a set of naming and layout conventions to use when there are no external constraints.
20203 More specific and detailed rules are easier to enforce.
20205 These rules bear a strong resemblance to the recommendations in the [PPP Style Guide](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf)
20206 written in support of Stroustrup's [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html).
20208 ### <a name="Rl-comments"></a>NL.1: Don't say in comments what can be clearly stated in code
20210 ##### Reason
20212 Compilers do not read comments.
20213 Comments are less precise than code.
20214 Comments are not updated as consistently as code.
20216 ##### Example, bad
20218     auto x = m * v1 + vv;   // multiply m with v1 and add the result to vv
20220 ##### Enforcement
20222 Build an AI program that interprets colloquial English text and see if what is said could be better expressed in C++.
20224 ### <a name="Rl-comments-intent"></a>NL.2: State intent in comments
20226 ##### Reason
20228 Code says what is done, not what is supposed to be done. Often intent can be stated more clearly and concisely than the implementation.
20230 ##### Example
20232     void stable_sort(Sortable& c)
20233         // sort c in the order determined by <, keep equal elements (as defined by ==) in
20234         // their original relative order
20235     {
20236         // ... quite a few lines of non-trivial code ...
20237     }
20239 ##### Note
20241 If the comment and the code disagree, both are likely to be wrong.
20243 ### <a name="Rl-comments-crisp"></a>NL.3: Keep comments crisp
20245 ##### Reason
20247 Verbosity slows down understanding and makes the code harder to read by spreading it around in the source file.
20249 ##### Note
20251 Use intelligible English.
20252 I may be fluent in Danish, but most programmers are not; the maintainers of my code may not be.
20253 Avoid SMS lingo and watch your grammar, punctuation, and capitalization.
20254 Aim for professionalism, not "cool."
20256 ##### Enforcement
20258 not possible.
20260 ### <a name="Rl-indent"></a>NL.4: Maintain a consistent indentation style
20262 ##### Reason
20264 Readability. Avoidance of "silly mistakes."
20266 ##### Example, bad
20268     int i;
20269     for (i = 0; i < max; ++i); // bug waiting to happen
20270     if (i == j)
20271         return i;
20273 ##### Note
20275 Always indenting the statement after `if (...)`, `for (...)`, and `while (...)` is usually a good idea:
20277     if (i < 0) error("negative argument");
20279     if (i < 0)
20280         error("negative argument");
20282 ##### Enforcement
20284 Use a tool.
20286 ### <a name="Rl-name-type"></a>NL.5: Avoid encoding type information in names
20288 ##### Rationale
20290 If names reflect types rather than functionality, it becomes hard to change the types used to provide that functionality.
20291 Also, if the type of a variable is changed, code using it will have to be modified.
20292 Minimize unintentional conversions.
20294 ##### Example, bad
20296     void print_int(int i);
20297     void print_string(const char*);
20299     print_int(1);          // repetitive, manual type matching
20300     print_string("xyzzy"); // repetitive, manual type matching
20302 ##### Example, good
20304     void print(int i);
20305     void print(string_view);    // also works on any string-like sequence
20307     print(1);              // clear, automatic type matching
20308     print("xyzzy");        // clear, automatic type matching
20310 ##### Note
20312 Names with types encoded are either verbose or cryptic.
20314     printS  // print a std::string
20315     prints  // print a C-style string
20316     printi  // print an int
20318 Requiring techniques like Hungarian notation to encode a type in a name is needed in C, but is generally unnecessary and actively harmful in a strongly statically-typed language like C++, because the annotations get out of date (the warts are just like comments and rot just like them) and they interfere with good use of the language (use the same name and overload resolution instead).
20320 ##### Note
20322 Some styles use very general (not type-specific) prefixes to denote the general use of a variable.
20324     auto p = new User();
20325     auto p = make_unique<User>();
20326     // note: "p" is not being used to say "raw pointer to type User,"
20327     //       just generally to say "this is an indirection"
20329     auto cntHits = calc_total_of_hits(/*...*/);
20330     // note: "cnt" is not being used to encode a type,
20331     //       just generally to say "this is a count of something"
20333 This is not harmful and does not fall under this guideline because it does not encode type information.
20335 ##### Note
20337 Some styles distinguishes members from local variable, and/or from global variable.
20339     struct S {
20340         int m_;
20341         S(int m) :m_{abs(m)} { }
20342     };
20344 This is not harmful and does not fall under this guideline because it does not encode type information.
20346 ##### Note
20348 Like C++, some styles distinguishes types from non-types.
20349 For example, by capitalizing type names, but not the names of functions and variables.
20351     typename<typename T>
20352     class HashTable {   // maps string to T
20353         // ...
20354     };
20356     HashTable<int> index;
20358 This is not harmful and does not fall under this guideline because it does not encode type information.
20360 ### <a name="Rl-name-length"></a>NL.7: Make the length of a name roughly proportional to the length of its scope
20362 **Rationale**: The larger the scope the greater the chance of confusion and of an unintended name clash.
20364 ##### Example
20366     double sqrt(double x);   // return the square root of x; x must be non-negative
20368     int length(const char* p);  // return the number of characters in a zero-terminated C-style string
20370     int length_of_string(const char zero_terminated_array_of_char[])    // bad: verbose
20372     int g;      // bad: global variable with a cryptic name
20374     int open;   // bad: global variable with a short, popular name
20376 The use of `p` for pointer and `x` for a floating-point variable is conventional and non-confusing in a restricted scope.
20378 ##### Enforcement
20382 ### <a name="Rl-name"></a>NL.8: Use a consistent naming style
20384 **Rationale**: Consistence in naming and naming style increases readability.
20386 ##### Note
20388 There are many styles and when you use multiple libraries, you can't follow all their different conventions.
20389 Choose a "house style", but leave "imported" libraries with their original style.
20391 ##### Example
20393 ISO Standard, use lower case only and digits, separate words with underscores:
20395 * `int`
20396 * `vector`
20397 * `my_map`
20399 Avoid double underscores `__`.
20401 ##### Example
20403 [Stroustrup](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf):
20404 ISO Standard, but with upper case used for your own types and concepts:
20406 * `int`
20407 * `vector`
20408 * `My_map`
20410 ##### Example
20412 CamelCase: capitalize each word in a multi-word identifier:
20414 * `int`
20415 * `vector`
20416 * `MyMap`
20417 * `myMap`
20419 Some conventions capitalize the first letter, some don't.
20421 ##### Note
20423 Try to be consistent in your use of acronyms and lengths of identifiers:
20425     int mtbf {12};
20426     int mean_time_between_failures {12}; // make up your mind
20428 ##### Enforcement
20430 Would be possible except for the use of libraries with varying conventions.
20432 ### <a name="Rl-all-caps"></a>NL.9: Use `ALL_CAPS` for macro names only
20434 ##### Reason
20436 To avoid confusing macros with names that obey scope and type rules.
20438 ##### Example
20440     void f()
20441     {
20442         const int SIZE{1000};  // Bad, use 'size' instead
20443         int v[SIZE];
20444     }
20446 ##### Note
20448 This rule applies to non-macro symbolic constants:
20450     enum bad { BAD, WORSE, HORRIBLE }; // BAD
20452 ##### Enforcement
20454 * Flag macros with lower-case letters
20455 * Flag `ALL_CAPS` non-macro names
20457 ### <a name="Rl-camel"></a>NL.10: Prefer `underscore_style` names
20459 ##### Reason
20461 The use of underscores to separate parts of a name is the original C and C++ style and used in the C++ Standard Library.
20463 ##### Note
20465 This rule is a default to use only if you have a choice.
20466 Often, you don't have a choice and must follow an established style for [consistency](#Rl-name).
20467 The need for consistency beats personal taste.
20469 ##### Example
20471 [Stroustrup](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf):
20472 ISO Standard, but with upper case used for your own types and concepts:
20474 * `int`
20475 * `vector`
20476 * `My_map`
20478 ##### Enforcement
20480 Impossible.
20482 ### <a name="Rl-space"></a>NL.15: Use spaces sparingly
20484 ##### Reason
20486 Too much space makes the text larger and distracts.
20488 ##### Example, bad
20490     #include < map >
20492     int main(int argc, char * argv [ ])
20493     {
20494         // ...
20495     }
20497 ##### Example
20499     #include <map>
20501     int main(int argc, char* argv[])
20502     {
20503         // ...
20504     }
20506 ##### Note
20508 Some IDEs have their own opinions and add distracting space.
20510 ##### Note
20512 We value well-placed whitespace as a significant help for readability. Just don't overdo it.
20514 ### <a name="Rl-literals"></a>NL.11: Make literals readable
20516 ##### Reason
20518 Readability.
20520 ##### Example
20522 Use digit separators to avoid long strings of digits
20524     auto c = 299'792'458; // m/s2
20525     auto q2 = 0b0000'1111'0000'0000;
20526     auto ss_number = 123'456'7890;
20528 ##### Example
20530 Use literal suffixes where clarification is needed
20532     auto hello = "Hello!"s; // a std::string
20533     auto world = "world";   // a C-style string
20534     auto interval = 100ms;  // using <chrono>
20536 ##### Note
20538 Literals should not be sprinkled all over the code as ["magic constants"](#Res-magic),
20539 but it is still a good idea to make them readable where they are defined.
20540 It is easy to make a typo in a long string of integers.
20542 ##### Enforcement
20544 Flag long digit sequences. The trouble is to define "long"; maybe 7.
20546 ### <a name="Rl-order"></a>NL.16: Use a conventional class member declaration order
20548 ##### Reason
20550 A conventional order of members improves readability.
20552 When declaring a class use the following order
20554 * types: classes, enums, and aliases (`using`)
20555 * constructors, assignments, destructor
20556 * functions
20557 * data
20559 Use the `public` before `protected` before `private` order.
20561 ##### Example
20563     class X {
20564     public:
20565         // interface
20566     protected:
20567         // unchecked function for use by derived class implementations
20568     private:
20569         // implementation details
20570     };
20572 ##### Example
20574 Sometimes, the default order of members conflicts with a desire to separate the public interface from implementation details.
20575 In such cases, private types and functions can be placed with private data.
20577     class X {
20578     public:
20579         // interface
20580     protected:
20581         // unchecked function for use by derived class implementations
20582     private:
20583         // implementation details (types, functions, and data)
20584     };
20586 ##### Example, bad
20588 Avoid multiple blocks of declarations of one access (e.g., `public`) dispersed among blocks of declarations with different access (e.g. `private`).
20590     class X {   // bad
20591     public:
20592         void f();
20593     public:
20594         int g();
20595         // ...
20596     };
20598 The use of macros to declare groups of members often leads to violation of any ordering rules.
20599 However, macros obscures what is being expressed anyway.
20601 ##### Enforcement
20603 Flag departures from the suggested order. There will be a lot of old code that doesn't follow this rule.
20605 ### <a name="Rl-knr"></a>NL.17: Use K&R-derived layout
20607 ##### Reason
20609 This is the original C and C++ layout. It preserves vertical space well. It distinguishes different language constructs (such as functions and classes) well.
20611 ##### Note
20613 In the context of C++, this style is often called "Stroustrup".
20615 ##### Example
20617     struct Cable {
20618         int x;
20619         // ...
20620     };
20622     double foo(int x)
20623     {
20624         if (0 < x) {
20625             // ...
20626         }
20628         switch (x) {
20629         case 0:
20630             // ...
20631             break;
20632         case amazing:
20633             // ...
20634             break;
20635         default:
20636             // ...
20637             break;
20638         }
20640         if (0 < x)
20641             ++x;
20643         if (x < 0)
20644             something();
20645         else
20646             something_else();
20648         return some_value;
20649     }
20651 Note the space between `if` and `(`
20653 ##### Note
20655 Use separate lines for each statement, the branches of an `if`, and the body of a `for`.
20657 ##### Note
20659 The `{` for a `class` and a `struct` is *not* on a separate line, but the `{` for a function is.
20661 ##### Note
20663 Capitalize the names of your user-defined types to distinguish them from standards-library types.
20665 ##### Note
20667 Do not capitalize function names.
20669 ##### Enforcement
20671 If you want enforcement, use an IDE to reformat.
20673 ### <a name="Rl-ptr"></a>NL.18: Use C++-style declarator layout
20675 ##### Reason
20677 The C-style layout emphasizes use in expressions and grammar, whereas the C++-style emphasizes types.
20678 The use in expressions argument doesn't hold for references.
20680 ##### Example
20682     T& operator[](size_t);   // OK
20683     T &operator[](size_t);   // just strange
20684     T & operator[](size_t);   // undecided
20686 ##### Enforcement
20688 Impossible in the face of history.
20691 ### <a name="Rl-misread"></a>NL.19: Avoid names that are easily misread
20693 ##### Reason
20695 Readability.
20696 Not everyone has screens and printers that make it easy to distinguish all characters.
20697 We easily confuse similarly spelled and slightly misspelled words.
20699 ##### Example
20701     int oO01lL = 6; // bad
20703     int splunk = 7;
20704     int splonk = 8; // bad: splunk and splonk are easily confused
20706 ##### Enforcement
20710 ### <a name="Rl-stmt"></a>NL.20: Don't place two statements on the same line
20712 ##### Reason
20714 Readability.
20715 It is really easy to overlook a statement when there is more on a line.
20717 ##### Example
20719     int x = 7; char* p = 29;    // don't
20720     int x = 7; f(x);  ++x;      // don't
20722 ##### Enforcement
20724 Easy.
20726 ### <a name="Rl-dcl"></a>NL.21: Declare one name (only) per declaration
20728 ##### Reason
20730 Readability.
20731 Minimizing confusion with the declarator syntax.
20733 ##### Note
20735 For details, see [ES.10](#Res-name-one).
20738 ### <a name="Rl-void"></a>NL.25: Don't use `void` as an argument type
20740 ##### Reason
20742 It's verbose and only needed where C compatibility matters.
20744 ##### Example
20746     void f(void);   // bad
20748     void g();       // better
20750 ##### Note
20752 Even Dennis Ritchie deemed `void f(void)` an abomination.
20753 You can make an argument for that abomination in C when function prototypes were rare so that banning:
20755     int f();
20756     f(1, 2, "weird but valid C89");   // hope that f() is defined int f(a, b, c) char* c; { /* ... */ }
20758 would have caused major problems, but not in the 21st century and in C++.
20760 ### <a name="Rl-const"></a>NL.26: Use conventional `const` notation
20762 ##### Reason
20764 Conventional notation is more familiar to more programmers.
20765 Consistency in large code bases.
20767 ##### Example
20769     const int x = 7;    // OK
20770     int const y = 9;    // bad
20772     const int *const p = nullptr;   // OK, constant pointer to constant int
20773     int const *const p = nullptr;   // bad, constant pointer to constant int
20775 ##### Note
20777 We are well aware that you could claim the "bad" examples more logical than the ones marked "OK",
20778 but they also confuse more people, especially novices relying on teaching material using the far more common, conventional OK style.
20780 As ever, remember that the aim of these naming and layout rules is consistency and that aesthetics vary immensely.
20782 ##### Enforcement
20784 Flag `const` used as a suffix for a type.
20786 # <a name="S-faq"></a>FAQ: Answers to frequently asked questions
20788 This section covers answers to frequently asked questions about these guidelines.
20790 ### <a name="Faq-aims"></a>FAQ.1: What do these guidelines aim to achieve?
20792 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.
20794 ### <a name="Faq-announced"></a>FAQ.2: When and where was this work first announced?
20796 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).
20798 ### <a name="Faq-maintainers"></a>FAQ.3: Who are the authors and maintainers of these guidelines?
20800 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!"
20802 ### <a name="Faq-contribute"></a>FAQ.4: How can I contribute?
20804 See [CONTRIBUTING.md](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/CONTRIBUTING.md). We appreciate volunteer help!
20806 ### <a name="Faq-maintainer"></a>FAQ.5: How can I become an editor/maintainer?
20808 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!
20810 ### <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?
20812 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.
20814 ### <a name="Faq-isocpp"></a>FAQ.7: If these guidelines are not approved by the committee, why are they under `github.com/isocpp`?
20816 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.
20818 ### <a name="Faq-cpp98"></a>FAQ.8: Will there be a C++98 version of these Guidelines? a C++11 version?
20820 No. These guidelines are about how to best use Standard C++14 (and, if you have an implementation available, the Concepts Technical Specification) and write code assuming you have a modern conforming compiler.
20822 ### <a name="Faq-language-extensions"></a>FAQ.9: Do these guidelines propose new language features?
20824 No. These guidelines are about how to best use Standard C++14 + the Concepts Technical Specification, and they limit themselves to recommending only those features.
20826 ### <a name="Faq-markdown"></a>FAQ.10: What version of Markdown do these guidelines use?
20828 These coding standards are written using [CommonMark](http://commonmark.org), and `<a>` HTML anchors.
20830 We are considering the following extensions from [GitHub Flavored Markdown (GFM)](https://help.github.com/articles/github-flavored-markdown/):
20832 * fenced code blocks (consistently using indented vs. fenced is under discussion)
20833 * tables (none yet but we'll likely need them, and this is a GFM extension)
20835 Avoid other HTML tags and other extensions.
20837 Note: We are not yet consistent with this style.
20839 ### <a name="Faq-gsl"></a>FAQ.50: What is the GSL (guideline support library)?
20841 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.
20843 ### <a name="Faq-msgsl"></a>FAQ.51: Is [github.com/Microsoft/GSL](https://github.com/Microsoft/GSL) the GSL?
20845 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.
20847 ### <a name="Faq-gsl-implementation"></a>FAQ.52: Why not supply an actual GSL implementation in/with these guidelines?
20849 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.
20851 ### <a name="Faq-boost"></a>FAQ.53: Why weren't the GSL types proposed through Boost?
20853 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.
20855 ### <a name="Faq-gsl-iso"></a>FAQ.54: Has the GSL (guideline support library) been approved by the ISO C++ standards committee?
20857 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.
20859 ### <a name="Faq-gsl-string-view"></a>FAQ.55: If you're using the standard types where available, why is the GSL `string_span` different from the `string_view` in the Library Fundamentals 1 Technical Specification and C++17 Working Paper? Why not just use the committee-approved `string_view`?
20861 The consensus on the taxonomy of views for the C++ Standard Library was that "view" means "read-only", and "span" means "read/write". The read-only `string_view` was the first such component to complete the standardization process, while `span` and `string_span` are currently being considered for standardization.
20863 ### <a name="Faq-gsl-owner"></a>FAQ.56: Is `owner` the same as the proposed `observer_ptr`?
20865 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.
20867 ### <a name="Faq-gsl-stack-array"></a>FAQ.57: Is `stack_array` the same as the standard `array`?
20869 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.
20871 ### <a name="Faq-gsl-dyn-array"></a>FAQ.58: Is `dyn_array` the same as `vector` or the proposed `dynarray`?
20873 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.
20875 ### <a name="Faq-gsl-expects"></a>FAQ.59: Is `Expects` the same as `assert`?
20877 No. It is a placeholder for language support for contract preconditions.
20879 ### <a name="Faq-gsl-ensures"></a>FAQ.60: Is `Ensures` the same as `assert`?
20881 No. It is a placeholder for language support for contract postconditions.
20883 # <a name="S-libraries"></a>Appendix A: Libraries
20885 This section lists recommended libraries, and explicitly recommends a few.
20887 ??? Suitable for the general guide? I think not ???
20889 # <a name="S-modernizing"></a>Appendix B: Modernizing code
20891 Ideally, we follow all rules in all code.
20892 Realistically, we have to deal with a lot of old code:
20894 * application code written before the guidelines were formulated or known
20895 * libraries written to older/different standards
20896 * code written under "unusual" constraints
20897 * code that we just haven't gotten around to modernizing
20899 If we have a million lines of new code, the idea of "just changing it all at once" is typically unrealistic.
20900 Thus, we need a way of gradually modernizing a code base.
20902 Upgrading older code to modern style can be a daunting task.
20903 Often, the old code is both a mess (hard to understand) and working correctly (for the current range of uses).
20904 Typically, the original programmer is not around and the test cases incomplete.
20905 The fact that the code is a mess dramatically increases the effort needed to make any change and the risk of introducing errors.
20906 Often, messy old code runs unnecessarily slowly because it requires outdated compilers and cannot take advantage of modern hardware.
20907 In many cases, automated "modernizer"-style tool support would be required for major upgrade efforts.
20909 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.
20910 Making code "look pretty" or "follow modern style" are not by themselves reasons for change.
20911 There are risks implied by every change and costs (including the cost of lost opportunities) implied by having an outdated code base.
20912 The cost reductions must outweigh the risks.
20914 But how?
20916 There is no one approach to modernizing code.
20917 How best to do it depends on the code, the pressure for updates, the backgrounds of the developers, and the available tool.
20918 Here are some (very general) ideas:
20920 * The ideal is "just upgrade everything." That gives the most benefits for the shortest total time.
20921   In most circumstances, it is also impossible.
20922 * We could convert a code base module for module, but any rules that affects interfaces (especially ABIs), such as [use `span`](#SS-views), cannot be done on a per-module basis.
20923 * 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.
20924 * We could start by focusing on the interfaces, e.g., make sure that no resources are lost and no pointer is misused.
20925   This would be a set of changes across the whole code base, but would most likely have huge benefits.
20926   Afterwards, code hidden behind those interfaces can be gradually modernized without affecting other code.
20928 Whichever way you choose, please note that the most advantages come with the highest conformance to the guidelines.
20929 The guidelines are not a random set of unrelated rules where you can randomly pick and choose with an expectation of success.
20931 We would dearly love to hear about experience and about tools used.
20932 Modernization can be much faster, simpler, and safer when supported with analysis tools and even code transformation tools.
20934 # <a name="S-discussion"></a>Appendix C: Discussion
20936 This section contains follow-up material on rules and sets of rules.
20937 In particular, here we present further rationale, longer examples, and discussions of alternatives.
20939 ### <a name="Sd-order"></a>Discussion: Define and initialize member variables in the order of member declaration
20941 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.
20943     class Employee {
20944         string email, first, last;
20945     public:
20946         Employee(const char* firstName, const char* lastName);
20947         // ...
20948     };
20950     Employee::Employee(const char* firstName, const char* lastName)
20951       : first(firstName),
20952         last(lastName),
20953         // BAD: first and last not yet constructed
20954         email(first + "." + last + "@acme.com")
20955     {}
20957 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.
20959 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.
20961 **References**:
20963 [\[Cline99\]](#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
20965 ### <a name="Sd-init"></a>Discussion: Use of `=`, `{}`, and `()` as initializers
20969 ### <a name="Sd-factory"></a>Discussion: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization
20971 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:
20973 * *Pass the buck:* Just document that user code must call the post-initialization function right after constructing an object.
20974 * *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.
20975 * *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).)
20976 * *Use a factory function:* This way, you can easily force a mandatory invocation of a post-constructor function.
20978 Here is an example of the last option:
20980     class B {
20981     public:
20982         B() { /* ... */ f(); /* ... */ }   // BAD: see Item 49.1
20984         virtual void f() = 0;
20986         // ...
20987     };
20989     class B {
20990     protected:
20991         B() { /* ... */ }
20992         virtual void post_initialize()    // called right after construction
20993             { /* ... */ f(); /* ... */ }   // GOOD: virtual dispatch is safe
20994     public:
20995         virtual void f() = 0;
20997         template<class T>
20998         static shared_ptr<T> create()    // interface for creating objects
20999         {
21000             auto p = make_shared<T>();
21001             p->post_initialize();
21002             return p;
21003         }
21004     };
21007     class D : public B {                 // some derived class
21008     public:
21009         void f() override { /* ...  */ };
21011     protected:
21012         D() {}
21014         template<class T>
21015         friend shared_ptr<T> B::Create();
21016     };
21018     shared_ptr<D> p = D::Create<D>();    // creating a D object
21020 This design requires the following discipline:
21022 * Derived classes such as `D` must not expose a public constructor. Otherwise, `D`'s users could create `D` objects that don't invoke `PostInitialize`.
21023 * Allocation is limited to `operator new`. `B` can, however, override `new` (see Items 45 and 46).
21024 * `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.
21026 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.
21028 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).
21030 **References**: [\[Alexandrescu01\]](#Alexandrescu01) §3, [\[Boost\]](#Boost), [\[Dewhurst03\]](#Dewhurst03) §75, [\[Meyers97\]](#Meyers97) §46, [\[Stroustrup00\]](#Stroustrup00) §15.4.3, [\[Taligent94\]](#Taligent94)
21032 ### <a name="Sd-dtor"></a>Discussion: Make base class destructors public and virtual, or protected and nonvirtual
21034 Should destruction behave virtually? That is, should destruction through a pointer to a `base` class be allowed? If yes, then `base`'s destructor must be public in order to be callable, and virtual otherwise calling it results in undefined behavior. Otherwise, it should be protected so that only derived classes can invoke it in their own destructors, and nonvirtual since it doesn't need to behave virtually virtual.
21036 ##### Example
21038 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>`:
21040     class Base {
21041     public:
21042         ~Base();                   // BAD, not virtual
21043         virtual ~Base();           // GOOD
21044         // ...
21045     };
21047     class Derived : public Base { /* ... */ };
21049     {
21050         unique_ptr<Base> pb = make_unique<Derived>();
21051         // ...
21052     } // ~pb invokes correct destructor only when ~Base is virtual
21054 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:
21056     class My_policy {
21057     public:
21058         virtual ~My_policy();      // BAD, public and virtual
21059     protected:
21060         ~My_policy();              // GOOD
21061         // ...
21062     };
21064     template<class Policy>
21065     class customizable : Policy { /* ... */ }; // note: private inheritance
21067 ##### Note
21069 This simple guideline illustrates a subtle issue and reflects modern uses of inheritance and object-oriented design principles.
21071 For a base class `Base`, calling code might try to destroy derived objects through pointers to `Base`, such as when using a `unique_ptr<Base>`. If `Base`'s destructor is public and nonvirtual (the default), it can be accidentally called on a pointer that actually points to a derived object, in which case the behavior of the attempted deletion is undefined. This state of affairs has led older coding standards to impose a blanket requirement that all base class destructors must be virtual. This is overkill (even if it is the common case); instead, the rule should be to make base class destructors virtual if and only if they are public.
21073 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:
21075 * Whether it should behave virtually or not.
21076 * Whether it should be publicly available to all callers using a pointer to `Base` or else be a hidden internal implementation detail.
21078 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.
21080 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.
21082 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.)
21084 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.
21086 ##### Exception
21088 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.
21090 Consider also this rare case:
21092 * `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.
21093 * 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.
21095 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.
21097 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`.
21099 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.
21101 **References**: [\[C++CS\]](#CplusplusCS) Item 50, [\[Cargill92\]](#Cargill92) pp. 77-79, 207, [\[Cline99\]](#Cline99) §21.06, 21.12-13, [\[Henricson97\]](#Henricson97) pp. 110-114, [\[Koenig97\]](#Koenig97) Chapters 4, 11, [\[Meyers97\]](#Meyers97) §14, [\[Stroustrup00\]](#Stroustrup00) §12.4.2, [\[Sutter02\]](#Sutter02) §27, [\[Sutter04\]](#Sutter04) §18
21103 ### <a name="Sd-noexcept"></a>Discussion: Usage of noexcept
21107 ### <a name="Sd-never-fail"></a>Discussion: Destructors, deallocation, and swap must never fail
21109 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.
21111 ##### Example
21113     class Nefarious {
21114     public:
21115         Nefarious()  { /* code that could throw */ }   // ok
21116         ~Nefarious() { /* code that could throw */ }   // BAD, should not throw
21117         // ...
21118     };
21120 1. `Nefarious` objects are hard to use safely even as local variables:
21123         void test(string& s)
21124         {
21125             Nefarious n;          // trouble brewing
21126             string copy = s;      // copy the string
21127         } // destroy copy and then n
21129     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.
21131 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:
21134         class Innocent_bystander {
21135             Nefarious member;     // oops, poisons the enclosing class's destructor
21136             // ...
21137         };
21139         void test(string& s)
21140         {
21141             Innocent_bystander i; // more trouble brewing
21142             string copy2 = s;      // copy the string
21143         } // destroy copy and then i
21145     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`.
21147 3. You can't reliably create global or static `Nefarious` objects either:
21150         static Nefarious n;       // oops, any destructor exception can't be caught
21152 4. You can't reliably create arrays of `Nefarious`:
21155         void test()
21156         {
21157             std::array<Nefarious, 10> arr; // this line can std::terminate(!)
21158         }
21160     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.
21162 5. You can't use `Nefarious` objects in standard containers:
21165         std::vector<Nefarious> vec(10);   // this line can std::terminate()
21167     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.
21169 ##### Note
21171 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.
21173 Consider the following advice and requirements found in the C++ Standard:
21175 > If a destructor called during stack unwinding exits with an exception, terminate is called (15.5.1). So destructors should generally catch exceptions and not let them propagate out of the destructor. --[\[C++03\]](#Cplusplus03) §15.2(3)
21177 > No destructor operation defined in the C++ Standard Library (including the destructor of any type that is used to instantiate a standard-library template) will throw an exception. --[\[C++03\]](#Cplusplus03) §17.4.4.8(3)
21179 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.
21180 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`:
21182     T& T::operator=(const T& other) {
21183         auto temp = other;
21184         swap(temp);
21185     }
21187 (See also Item 56. ???)
21189 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).
21191 When using exceptions as your error handling mechanism, always document this behavior by declaring these functions `noexcept`. (See Item 75.)
21193 **References**: [\[C++CS\]](#CplusplusCS) Item 51; [\[C++03\]](#Cplusplus03) §15.2(3), §17.4.4.8(3), [\[Meyers96\]](#Meyers96) §11, [\[Stroustrup00\]](#Stroustrup00) §14.4.7, §E.2-4, [\[Sutter00\]](#Sutter00) §8, §16, [\[Sutter02\]](#Sutter02) §18-19
21195 ## <a name="Sd-consistent"></a>Define Copy, move, and destroy consistently
21197 ##### Reason
21199  ???
21201 ##### Note
21203 If you define a copy constructor, you must also define a copy assignment operator.
21205 ##### Note
21207 If you define a move constructor, you must also define a move assignment operator.
21209 ##### Example
21211     class X {
21212         // ...
21213     public:
21214         X(const X&) { /* stuff */ }
21216         // BAD: failed to also define a copy assignment operator
21218         X(x&&) noexcept { /* stuff */ }
21220         // BAD: failed to also define a move assignment operator
21221     };
21223     X x1;
21224     X x2 = x1; // ok
21225     x2 = x1;   // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
21227 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.
21229     class X {
21230         HANDLE hnd;
21231         // ...
21232     public:
21233         ~X() { /* custom stuff, such as closing hnd */ }
21234         // suspicious: no mention of copying or moving -- what happens to hnd?
21235     };
21237     X x1;
21238     X x2 = x1; // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
21239     x2 = x1;   // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
21241 If you define copying, and any base or member has a type that defines a move operation, you should also define a move operation.
21243     class X {
21244         string s; // defines more efficient move operations
21245         // ... other data members ...
21246     public:
21247         X(const X&) { /* stuff */ }
21248         X& operator=(const X&) { /* stuff */ }
21250         // BAD: failed to also define a move construction and move assignment
21251         // (why wasn't the custom "stuff" repeated here?)
21252     };
21254     X test()
21255     {
21256         X local;
21257         // ...
21258         return local;  // pitfall: will be inefficient and/or do the wrong thing
21259     }
21261 If you define any of the copy constructor, copy assignment operator, or destructor, you probably should define the others.
21263 ##### Note
21265 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:
21267 * 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.)
21268 * 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.
21269 * If you explicitly write the destructor, you probably need to explicitly write or disable copying: If you have to write a non-trivial destructor, it's often because you need to manually release a resource that the object held. If so, it is likely that those resources require careful duplication, and then you need to pay attention to the way objects are copied and assigned, or disable copying completely.
21271 In many cases, holding properly encapsulated resources using RAII "owning" objects can eliminate the need to write these operations yourself. (See Item 13.)
21273 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.
21275 **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.
21276 In rare cases, classes that have members of strange types (such as reference members) are an exception because they have peculiar copy semantics.
21277 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.)
21279 **References**: [\[C++CS\]](#CplusplusCS) Item 52; [\[Cline99\]](#Cline99) §30.01-14, [\[Koenig97\]](#Koenig97) §4, [\[Stroustrup00\]](#Stroustrup00) §5.5, §10.4, [\[SuttHysl04b\]](#SuttHysl04b)
21281 Resource management rule summary:
21283 * [Provide strong resource safety; that is, never leak anything that you think of as a resource](#Cr-safety)
21284 * [Never throw while holding a resource not owned by a handle](#Cr-never)
21285 * [A "raw" pointer or reference is never a resource handle](#Cr-raw)
21286 * [Never let a pointer outlive the object it points to](#Cr-outlive)
21287 * [Use templates to express containers (and other resource handles)](#Cr-templates)
21288 * [Return containers by value (relying on move or copy elision for efficiency)](#Cr-value-return)
21289 * [If a class is a resource handle, it needs a constructor, a destructor, and copy and/or move operations](#Cr-handle)
21290 * [If a class is a container, give it an initializer-list constructor](#Cr-list)
21292 ### <a name="Cr-safety"></a>Discussion: Provide strong resource safety; that is, never leak anything that you think of as a resource
21294 ##### Reason
21296 Prevent leaks. Leaks can lead to performance degradation, mysterious error, system crashes, and security violations.
21298 **Alternative formulation**: Have every resource represented as an object of some class managing its lifetime.
21300 ##### Example
21302     template<class T>
21303     class Vector {
21304     // ...
21305     private:
21306         T* elem;   // sz elements on the free store, owned by the class object
21307         int sz;
21308     };
21310 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.).
21312 ##### Example
21314     ??? "odd" non-memory resource ???
21316 ##### Enforcement
21318 The basic technique for preventing leaks is to have every resource owned by a resource handle with a suitable destructor. A checker can find "naked `new`s". Given a list of C-style allocation functions (e.g., `fopen()`), a checker can also find uses that are not managed by a resource handle. In general, "naked pointers" can be viewed with suspicion, flagged, and/or analyzed. A complete list of resources cannot be generated without human input (the definition of "a resource" is necessarily too general), but a tool can be "parameterized" with a resource list.
21320 ### <a name="Cr-never"></a>Discussion: Never throw while holding a resource not owned by a handle
21322 ##### Reason
21324 That would be a leak.
21326 ##### Example
21328     void f(int i)
21329     {
21330         FILE* f = fopen("a file", "r");
21331         ifstream is { "another file" };
21332         // ...
21333         if (i == 0) return;
21334         // ...
21335         fclose(f);
21336     }
21338 If `i == 0` the file handle for `a file` is leaked. On the other hand, the `ifstream` for `another file` will correctly close its file (upon destruction). If you must use an explicit pointer, rather than a resource handle with specific semantics, use a `unique_ptr` or a `shared_ptr` with a custom deleter:
21340     void f(int i)
21341     {
21342         unique_ptr<FILE, int(*)(FILE*)> f(fopen("a file", "r"), fclose);
21343         // ...
21344         if (i == 0) return;
21345         // ...
21346     }
21348 Better:
21350     void f(int i)
21351     {
21352         ifstream input {"a file"};
21353         // ...
21354         if (i == 0) return;
21355         // ...
21356     }
21358 ##### Enforcement
21360 A checker must consider all "naked pointers" suspicious.
21361 A checker probably must rely on a human-provided list of resources.
21362 For starters, we know about the standard-library containers, `string`, and smart pointers.
21363 The use of `span` and `string_span` should help a lot (they are not resource handles).
21365 ### <a name="Cr-raw"></a>Discussion: A "raw" pointer or reference is never a resource handle
21367 ##### Reason
21369 To be able to distinguish owners from views.
21371 ##### Note
21373 This is independent of how you "spell" pointer: `T*`, `T&`, `Ptr<T>` and `Range<T>` are not owners.
21375 ### <a name="Cr-outlive"></a>Discussion: Never let a pointer outlive the object it points to
21377 ##### Reason
21379 To avoid extremely hard-to-find errors. Dereferencing such a pointer is undefined behavior and could lead to violations of the type system.
21381 ##### Example
21383     string* bad()   // really bad
21384     {
21385         vector<string> v = { "This", "will", "cause", "trouble", "!" };
21386         // leaking a pointer into a destroyed member of a destroyed object (v)
21387         return &v[0];
21388     }
21390     void use()
21391     {
21392         string* p = bad();
21393         vector<int> xx = {7, 8, 9};
21394         // undefined behavior: x may not be the string "This"
21395         string x = *p;
21396         // undefined behavior: we don't know what (if anything) is allocated a location p
21397         *p = "Evil!";
21398     }
21400 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.
21402 ##### Enforcement
21404 Most compilers already warn about simple cases and has the information to do more. Consider any pointer returned from a function suspect. Use containers, resource handles, and views (e.g., `span` known not to be resource handles) to lower the number of cases to be examined. For starters, consider every class with a destructor as resource handle.
21406 ### <a name="Cr-templates"></a>Discussion: Use templates to express containers (and other resource handles)
21408 ##### Reason
21410 To provide statically type-safe manipulation of elements.
21412 ##### Example
21414     template<typename T> class Vector {
21415         // ...
21416         T* elem;   // point to sz elements of type T
21417         int sz;
21418     };
21420 ### <a name="Cr-value-return"></a>Discussion: Return containers by value (relying on move or copy elision for efficiency)
21422 ##### Reason
21424 To simplify code and eliminate a need for explicit memory management. To bring an object into a surrounding scope, thereby extending its lifetime.
21426 **See also**: [F.20, the general item about "out" output values](#Rf-out)
21428 ##### Example
21430     vector<int> get_large_vector()
21431     {
21432         return ...;
21433     }
21435     auto v = get_large_vector(); //  return by value is ok, most modern compilers will do copy elision
21437 ##### Exception
21439 See the Exceptions in [F.20](#Rf-out).
21441 ##### Enforcement
21443 Check for pointers and references returned from functions and see if they are assigned to resource handles (e.g., to a `unique_ptr`).
21445 ### <a name="Cr-handle"></a>Discussion: If a class is a resource handle, it needs a constructor, a destructor, and copy and/or move operations
21447 ##### Reason
21449 To provide complete control of the lifetime of the resource. To provide a coherent set of operations on the resource.
21451 ##### Example
21453     ??? Messing with pointers
21455 ##### Note
21457 If all members are resource handles, rely on the default special operations where possible.
21459     template<typename T> struct Named {
21460         string name;
21461         T value;
21462     };
21464 Now `Named` has a default constructor, a destructor, and efficient copy and move operations, provided `T` has.
21466 ##### Enforcement
21468 In general, a tool cannot know if a class is a resource handle. However, if a class has some of [the default operations](#SS-ctor), it should have all, and if a class has a member that is a resource handle, it should be considered as resource handle.
21470 ### <a name="Cr-list"></a>Discussion: If a class is a container, give it an initializer-list constructor
21472 ##### Reason
21474 It is common to need an initial set of elements.
21476 ##### Example
21478     template<typename T> class Vector {
21479     public:
21480         Vector(std::initializer_list<T>);
21481         // ...
21482     };
21484     Vector<string> vs { "Nygaard", "Ritchie" };
21486 ##### Enforcement
21488 When is a class a container? ???
21490 # <a name="S-tools"></a>Appendix D: Supporting tools
21492 This section contains a list of tools that directly support adoption of the C++ Core Guidelines. This list is not intended to be an exhaustive list of tools
21493 that are helpful in writing good C++ code. If a tool is designed specifically to support and links to the C++ Core Guidelines it is a candidate for inclusion.
21495 ### <a name="St-clangtidy"></a>Tools: [Clang-tidy](http://clang.llvm.org/extra/clang-tidy/checks/list.html)
21497 Clang-tidy has a set of rules that specifically enforce the C++ Core Guidelines. These rules are named in the pattern `cppcoreguidelines-*`.
21499 ### <a name="St-cppcorecheck"></a>Tools: [CppCoreCheck](https://docs.microsoft.com/en-us/visualstudio/code-quality/using-the-cpp-core-guidelines-checkers)
21501 The Microsoft compiler's C++ code analysis contains a set of rules specifically aimed at enforcement of the C++ Core Guidelines.
21503 # <a name="S-glossary"></a>Glossary
21505 A relatively informal definition of terms used in the guidelines
21506 (based of the glossary in [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html))
21508 More information on many topics about C++ can be found on the [Standard C++ Foundation](https://isocpp.org)'s site.
21510 * *ABI*: Application Binary Interface, a specification for a specific hardware platform combined with the operating system. Contrast with API.
21511 * *abstract class*: a class that cannot be directly used to create objects; often used to define an interface to derived classes.
21512   A class is made abstract by having a pure virtual function or only protected constructors.
21513 * *abstraction*: a description of something that selectively and deliberately ignores (hides) details (e.g., implementation details); selective ignorance.
21514 * *address*: a value that allows us to find an object in a computer's memory.
21515 * *algorithm*: a procedure or formula for solving a problem; a finite series of computational steps to produce a result.
21516 * *alias*: an alternative way of referring to an object; often a name, pointer, or reference.
21517 * *API*: Application Programming Interface, a set of functions that form the communication between various software components. Contrast with ABI.
21518 * *application*: a program or a collection of programs that is considered an entity by its users.
21519 * *approximation*: something (e.g., a value or a design) that is close to the perfect or ideal (value or design).
21520   Often an approximation is a result of trade-offs among ideals.
21521 * *argument*: a value passed to a function or a template, in which it is accessed through a parameter.
21522 * *array*: a homogeneous sequence of elements, usually numbered, e.g., `[0:max)`.
21523 * *assertion*: a statement inserted into a program to state (assert) that something must always be true at this point in the program.
21524 * *base class*: a class used as the base of a class hierarchy. Typically a base class has one or more virtual functions.
21525 * *bit*: the basic unit of information in a computer. A bit can have the value 0 or the value 1.
21526 * *bug*: an error in a program.
21527 * *byte*: the basic unit of addressing in most computers. Typically, a byte holds 8 bits.
21528 * *class*: a user-defined type that may contain data members, function members, and member types.
21529 * *code*: a program or a part of a program; ambiguously used for both source code and object code.
21530 * *compiler*: a program that turns source code into object code.
21531 * *complexity*: a hard-to-precisely-define notion or measure of the difficulty of constructing a solution to a problem or of the solution itself.
21532   Sometimes complexity is used to (simply) mean an estimate of the number of operations needed to execute an algorithm.
21533 * *computation*: the execution of some code, usually taking some input and producing some output.
21534 * *concept*: (1) a notion, and idea; (2) a set of requirements, usually for a template argument.
21535 * *concrete class*: class for which objects can be created.
21536 * *constant*: a value that cannot be changed (in a given scope); not mutable.
21537 * *constructor*: an operation that initializes ("constructs") an object.
21538   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).
21539 * *container*: an object that holds elements (other objects).
21540 * *copy*: an operation that makes two object have values that compare equal. See also move.
21541 * *correctness*: a program or a piece of a program is correct if it meets its specification.
21542   Unfortunately, a specification can be incomplete or inconsistent, or can fail to meet users' reasonable expectations.
21543   Thus, to produce acceptable code, we sometimes have to do more than just follow the formal specification.
21544 * *cost*: the expense (e.g., in programmer time, run time, or space) of producing a program or of executing it.
21545   Ideally, cost should be a function of complexity.
21546 * *customization point*: ???
21547 * *data*: values used in a computation.
21548 * *debugging*: the act of searching for and removing errors from a program; usually far less systematic than testing.
21549 * *declaration*: the specification of a name with its type in a program.
21550 * *definition*: a declaration of an entity that supplies all information necessary to complete a program using the entity.
21551   Simplified definition: a declaration that allocates memory.
21552 * *derived class*: a class derived from one or more base classes.
21553 * *design*: an overall description of how a piece of software should operate to meet its specification.
21554 * *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.
21555 * *encapsulation*: protecting something meant to be private (e.g., implementation details) from unauthorized access.
21556 * *error*: a mismatch between reasonable expectations of program behavior (often expressed as a requirement or a users' guide) and what a program actually does.
21557 * *executable*: a program ready to be run (executed) on a computer.
21558 * *feature creep*: a tendency to add excess functionality to a program "just in case."
21559 * *file*: a container of permanent information in a computer.
21560 * *floating-point number*: a computer's approximation of a real number, such as 7.93 and 10.78e-3.
21561 * *function*: a named unit of code that can be invoked (called) from different parts of a program; a logical unit of computation.
21562 * *generic programming*: a style of programming focused on the design and efficient implementation of algorithms.
21563   A generic algorithm will work for all argument types that meet its requirements. In C++, generic programming typically uses templates.
21564 * *global variable*: technically, a named object in namespace scope.
21565 * *handle*: a class that allows access to another through a member pointer or reference. See also resource, copy, move.
21566 * *header*: a file containing declarations used to share interfaces between parts of a program.
21567 * *hiding*: the act of preventing a piece of information from being directly seen or accessed.
21568   For example, a name from a nested (inner) scope can prevent that same name from an outer (enclosing) scope from being directly used.
21569 * *ideal*: the perfect version of something we are striving for. Usually we have to make trade-offs and settle for an approximation.
21570 * *implementation*: (1) the act of writing and testing code; (2) the code that implements a program.
21571 * *infinite loop*: a loop where the termination condition never becomes true. See iteration.
21572 * *infinite recursion*: a recursion that doesn't end until the machine runs out of memory to hold the calls.
21573   In reality, such recursion is never infinite but is terminated by some hardware error.
21574 * *information hiding*: the act of separating interface and implementation, thus hiding implementation details not meant for the user's attention and providing an abstraction.
21575 * *initialize*: giving an object its first (initial) value.
21576 * *input*: values used by a computation (e.g., function arguments and characters typed on a keyboard).
21577 * *integer*: a whole number, such as 42 and -99.
21578 * *interface*: a declaration or a set of declarations specifying how a piece of code (such as a function or a class) can be called.
21579 * *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.
21580 * *iteration*: the act of repeatedly executing a piece of code; see recursion.
21581 * *iterator*: an object that identifies an element of a sequence.
21582 * *ISO*: International Organization for Standardization. The C++ language is an ISO standard, ISO/IEC 14882. More information at [iso.org](http://iso.org).
21583 * *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.
21584 * *lifetime*: the time from the initialization of an object until it becomes unusable (goes out of scope, is deleted, or the program terminates).
21585 * *linker*: a program that combines object code files and libraries into an executable program.
21586 * *literal*: a notation that directly specifies a value, such as 12 specifying the integer value "twelve."
21587 * *loop*: a piece of code executed repeatedly; in C++, typically a for-statement or a `while`-statement.
21588 * *move*: an operation that transfers a value from one object to another leaving behind a value representing "empty." See also copy.
21589 * *mutable*: changeable; the opposite of immutable, constant, and invariable.
21590 * *object*: (1) an initialized region of memory of a known type which holds a value of that type; (2) a region of memory.
21591 * *object code*: output from a compiler intended as input for a linker (for the linker to produce executable code).
21592 * *object file*: a file containing object code.
21593 * *object-oriented programming*: (OOP) a style of programming focused on the design and use of classes and class hierarchies.
21594 * *operation*: something that can perform some action, such as a function and an operator.
21595 * *output*: values produced by a computation (e.g., a function result or lines of characters written on a screen).
21596 * *overflow*: producing a value that cannot be stored in its intended target.
21597 * *overload*: defining two functions or operators with the same name but different argument (operand) types.
21598 * *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.
21599 * *owner*: an object responsible for releasing a resource.
21600 * *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.
21601 * *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.
21602 * *pointer*: (1) a value used to identify a typed object in memory; (2) a variable holding such a value.
21603 * *post-condition*: a condition that must hold upon exit from a piece of code, such as a function or a loop.
21604 * *pre-condition*: a condition that must hold upon entry into a piece of code, such as a function or a loop.
21605 * *program*: code (possibly with associated data) that is sufficiently complete to be executed by a computer.
21606 * *programming*: the art of expressing solutions to problems as code.
21607 * *programming language*: a language for expressing programs.
21608 * *pseudo code*: a description of a computation written in an informal notation rather than a programming language.
21609 * *pure virtual function*: a virtual function that must be overridden in a derived class.
21610 * *RAII*: ("Resource Acquisition Is Initialization") a basic technique for resource management based on scopes.
21611 * *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.
21612 * *recursion*: the act of a function calling itself; see also iteration.
21613 * *reference*: (1) a value describing the location of a typed value in memory; (2) a variable holding such a value.
21614 * *regular expression*: a notation for patterns in character strings.
21615 * *regular*: a type that behaves similarly to built-in types like `int` and can be compared with `==`.
21616 In particular, an object of a regular type can be copied and the result of a copy is a separate object that compares equal to the original. See also *semiregular type*.
21617 * *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.
21618 * *resource*: something that is acquired and must later be released, such as a file handle, a lock, or memory. See also handle, owner.
21619 * *rounding*: conversion of a value to the mathematically nearest value of a less precise type.
21620 * *RTTI*: Run-Time Type Information. ???
21621 * *scope*: the region of program text (source code) in which a name can be referred to.
21622 * *semiregular*: a type that behaves roughly like an built-in type like `int`, but possibly without a `==` operator. See also *regular type*.
21623 * *sequence*: elements that can be visited in a linear order.
21624 * *software*: a collection of pieces of code and associated data; often used interchangeably with program.
21625 * *source code*: code as produced by a programmer and (in principle) readable by other programmers.
21626 * *source file*: a file containing source code.
21627 * *specification*: a description of what a piece of code should do.
21628 * *standard*: an officially agreed upon definition of something, such as a programming language.
21629 * *state*: a set of values.
21630 * *STL*: the containers, iterators, and algorithms part of the standard library.
21631 * *string*: a sequence of characters.
21632 * *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.
21633 * *subtype*: derived type; a type that has all the properties of a type and possibly more.
21634 * *supertype*: base type; a type that has a subset of the properties of a type.
21635 * *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.
21636 * *TS*: [Technical Specification](https://www.iso.org/deliverables-all.html?type=ts), A Technical Specification addresses work still under technical development, or where it is believed that there will be a future, but not immediate, possibility of agreement on an International Standard. A Technical Specification is published for immediate use, but it also provides a means to obtain feedback. The aim is that it will eventually be transformed and republished as an International Standard.
21637 * *template*: a class or a function parameterized by one or more types or (compile-time) values; the basic C++ language construct supporting generic programming.
21638 * *testing*: a systematic search for errors in a program.
21639 * *trade-off*: the result of balancing several design and implementation criteria.
21640 * *truncation*: loss of information in a conversion from a type into another that cannot exactly represent the value to be converted.
21641 * *type*: something that defines a set of possible values and a set of operations for an object.
21642 * *uninitialized*: the (undefined) state of an object before it is initialized.
21643 * *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.
21644 * *use case*: a specific (typically simple) use of a program meant to test its functionality and demonstrate its purpose.
21645 * *value*: a set of bits in memory interpreted according to a type.
21646 * *variable*: a named object of a given type; contains a value unless uninitialized.
21647 * *virtual function*: a member function that can be overridden in a derived class.
21648 * *word*: a basic unit of memory in a computer, often the unit used to hold an integer.
21650 # <a name="S-unclassified"></a>To-do: Unclassified proto-rules
21652 This is our to-do list.
21653 Eventually, the entries will become rules or parts of rules.
21654 Alternatively, we will decide that no change is needed and delete the entry.
21656 * No long-distance friendship
21657 * Should physical design (what's in a file) and large-scale design (libraries, groups of libraries) be addressed?
21658 * Namespaces
21659 * Avoid using directives in the global scope (except for std, and other "fundamental" namespaces (e.g. experimental))
21660 * 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?
21661 * Should there be inline namespaces (à la `std::literals::*_literals`)?
21662 * Avoid implicit conversions
21663 * Const member functions should be thread safe ... aka, but I don't really change the variable, just assign it a value the first time it's called ... argh
21664 * Always initialize variables, use initialization lists for member variables.
21665 * 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. :)
21666 * Use `const`-ness wherever possible: member functions, variables and (yippee) `const_iterators`
21667 * Use `auto`
21668 * `(size)` vs. `{initializers}` vs. `{Extent{size}}`
21669 * Don't overabstract
21670 * Never pass a pointer down the call stack
21671 * falling through a function bottom
21672 * 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?
21673 * 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?
21674 * Speaking of lambdas, what would weigh in on the decision between lambdas and (local?) classes in algorithm calls and other callback scenarios?
21675 * 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?
21676 * What to do with leaks out of temporaries? : `p = (s1 + s2).c_str();`
21677 * pointer/iterator invalidation leading to dangling pointers:
21679         void bad()
21680         {
21681             int* p = new int[700];
21682             int* q = &p[7];
21683             delete p;
21685             vector<int> v(700);
21686             int* q2 = &v[7];
21687             v.resize(900);
21689             // ... use q and q2 ...
21690         }
21692 * LSP
21693 * private inheritance vs/and membership
21694 * avoid static class members variables (race conditions, almost-global variables)
21696 * Use RAII lock guards (`lock_guard`, `unique_lock`, `shared_lock`), never call `mutex.lock` and `mutex.unlock` directly (RAII)
21697 * Prefer non-recursive locks (often used to work around bad reasoning, overhead)
21698 * 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`?
21699 * If two or more mutexes must be acquired at the same time, use `std::lock` (or another deadlock avoidance algorithm?)
21700 * 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.
21701 * 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)
21702 * 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)
21703 * individual `shared_ptr` objects are not thread-safe: different threads can call non-`const` member functions on *different* `shared_ptr`s that refer to the same shared object, but one thread cannot call a non-`const` member function of a `shared_ptr` object while another thread accesses that same `shared_ptr` object (if you need that, consider `atomic_shared_ptr` instead)
21705 * rules for arithmetic
21707 # Bibliography
21709 * <a name="Abrahams01"></a>
21710   \[Abrahams01]:  D. Abrahams. [Exception-Safety in Generic Components](http://www.boost.org/community/exception_safety.html).
21711 * <a name="Alexandrescu01"></a>
21712   \[Alexandrescu01]:  A. Alexandrescu. Modern C++ Design (Addison-Wesley, 2001).
21713 * <a name="Cplusplus03"></a>
21714   \[C++03]:           ISO/IEC 14882:2003(E), Programming Languages — C++ (updated ISO and ANSI C++ Standard including the contents of (C++98) plus errata corrections).
21715 * <a name="CplusplusCS"></a>
21716   \[C++CS]:           ???
21717 * <a name="Cargill92"></a>
21718   \[Cargill92]:       T. Cargill. C++ Programming Style (Addison-Wesley, 1992).
21719 * <a name="Cline99"></a>
21720   \[Cline99]:         M. Cline, G. Lomow, and M. Girou. C++ FAQs (2ndEdition) (Addison-Wesley, 1999).
21721 * <a name="Dewhurst03"></a>
21722   \[Dewhurst03]:      S. Dewhurst. C++ Gotchas (Addison-Wesley, 2003).
21723 * <a name="Henricson97"></a>
21724   \[Henricson97]:     M. Henricson and E. Nyquist. Industrial Strength C++ (Prentice Hall, 1997).
21725 * <a name="Koenig97"></a>
21726   \[Koenig97]:        A. Koenig and B. Moo. Ruminations on C++ (Addison-Wesley, 1997).
21727 * <a name="Lakos96"></a>
21728   \[Lakos96]:         J. Lakos. Large-Scale C++ Software Design (Addison-Wesley, 1996).
21729 * <a name="Meyers96"></a>
21730   \[Meyers96]:        S. Meyers. More Effective C++ (Addison-Wesley, 1996).
21731 * <a name="Meyers97"></a>
21732   \[Meyers97]:        S. Meyers. Effective C++ (2nd Edition) (Addison-Wesley, 1997).
21733 * <a name="Meyers15"></a>
21734   \[Meyers15]:        S. Meyers. Effective Modern C++ (O'Reilly, 2015).
21735 * <a name="Murray93"></a>
21736   \[Murray93]:        R. Murray. C++ Strategies and Tactics (Addison-Wesley, 1993).
21737 * <a name="Stroustrup94"></a>
21738   \[Stroustrup94]:    B. Stroustrup. The Design and Evolution of C++ (Addison-Wesley, 1994).
21739 * <a name="Stroustrup00"></a>
21740   \[Stroustrup00]:    B. Stroustrup. The C++ Programming Language (Special 3rdEdition) (Addison-Wesley, 2000).
21741 * <a name="Stroustrup05"></a>
21742   \[Stroustrup05]:    B. Stroustrup. [A rationale for semantically enhanced library languages](http://www.stroustrup.com/SELLrationale.pdf).
21743 * <a name="Stroustrup13"></a>
21744   \[Stroustrup13]:    B. Stroustrup. [The C++ Programming Language (4th Edition)](http://www.stroustrup.com/4th.html). Addison Wesley 2013.
21745 * <a name="Stroustrup14"></a>
21746   \[Stroustrup14]:    B. Stroustrup. [A Tour of C++](http://www.stroustrup.com/Tour.html).
21747   Addison Wesley 2014.
21748 * <a name="Stroustrup15"></a>
21749   \[Stroustrup15]:    B. Stroustrup, Herb Sutter, and G. Dos Reis: [A brief introduction to C++'s model for type- and resource-safety](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/docs/Introduction%20to%20type%20and%20resource%20safety.pdf).
21750 * <a name="SuttHysl04b"></a>
21751   \[SuttHysl04b]:     H. Sutter and J. Hyslop. "Collecting Shared Objects" (C/C++ Users Journal, 22(8), August 2004).
21752 * <a name="SuttAlex05"></a>
21753   \[SuttAlex05]:      H. Sutter and  A. Alexandrescu. C++ Coding Standards. Addison-Wesley 2005.
21754 * <a name="Sutter00"></a>
21755   \[Sutter00]:        H. Sutter. Exceptional C++ (Addison-Wesley, 2000).
21756 * <a name="Sutter02"></a>
21757   \[Sutter02]:        H. Sutter. More Exceptional C++ (Addison-Wesley, 2002).
21758 * <a name="Sutter04"></a>
21759   \[Sutter04]:        H. Sutter. Exceptional C++ Style (Addison-Wesley, 2004).
21760 * <a name="Taligent94"></a>
21761   \[Taligent94]: Taligent's Guide to Designing Programs (Addison-Wesley, 1994).