fix mismatched anchors, closes #1569 (#1581)
[CppCoreGuidelines.git] / CppCoreGuidelines.md
blob3548ffcabd4693a02d2153622797b7145a37ab43
1 # <a name="main"></a>C++ Core Guidelines
3 December 8, 2019
6 Editors:
8 * [Bjarne Stroustrup](http://www.stroustrup.com)
9 * [Herb Sutter](http://herbsutter.com/)
11 This is a living document under continuous improvement.
12 Had it been an open-source (code) project, this would have been release 0.8.
13 Copying, use, modification, and creation of derivative works from this project is licensed under an MIT-style license.
14 Contributing to this project requires agreeing to a Contributor License. See the accompanying [LICENSE](LICENSE) file for details.
15 We make this project available to "friendly users" to use, copy, modify, and derive from, hoping for constructive input.
17 Comments and suggestions for improvements are most welcome.
18 We plan to modify and extend this document as our understanding improves and the language and the set of available libraries improve.
19 When commenting, please note [the introduction](#S-introduction) that outlines our aims and general approach.
20 The list of contributors is [here](#SS-ack).
22 Problems:
24 * The sets of rules have not been completely checked for completeness, consistency, or enforceability.
25 * Triple question marks (???) mark known missing information
26 * Update reference sections; many pre-C++11 sources are too old.
27 * For a more-or-less up-to-date to-do list see: [To-do: Unclassified proto-rules](#S-unclassified)
29 You can [read an explanation of the scope and structure of this Guide](#S-abstract) or just jump straight in:
31 * [In: Introduction](#S-introduction)
32 * [P: Philosophy](#S-philosophy)
33 * [I: Interfaces](#S-interfaces)
34 * [F: Functions](#S-functions)
35 * [C: Classes and class hierarchies](#S-class)
36 * [Enum: Enumerations](#S-enum)
37 * [R: Resource management](#S-resource)
38 * [ES: Expressions and statements](#S-expr)
39 * [Per: Performance](#S-performance)
40 * [CP: Concurrency and parallelism](#S-concurrency)
41 * [E: Error handling](#S-errors)
42 * [Con: Constants and immutability](#S-const)
43 * [T: Templates and generic programming](#S-templates)
44 * [CPL: C-style programming](#S-cpl)
45 * [SF: Source files](#S-source)
46 * [SL: The Standard Library](#S-stdlib)
48 Supporting sections:
50 * [A: Architectural ideas](#S-A)
51 * [NR: Non-Rules and myths](#S-not)
52 * [RF: References](#S-references)
53 * [Pro: Profiles](#S-profile)
54 * [GSL: Guidelines support library](#S-gsl)
55 * [NL: Naming and layout rules](#S-naming)
56 * [FAQ: Answers to frequently asked questions](#S-faq)
57 * [Appendix A: Libraries](#S-libraries)
58 * [Appendix B: Modernizing code](#S-modernizing)
59 * [Appendix C: Discussion](#S-discussion)
60 * [Appendix D: Supporting tools](#S-tools)
61 * [Glossary](#S-glossary)
62 * [To-do: Unclassified proto-rules](#S-unclassified)
64 You can sample rules for specific language features:
66 * assignment:
67 [regular types](#Rc-regular) --
68 [prefer initialization](#Rc-initialize) --
69 [copy](#Rc-copy-semantic) --
70 [move](#Rc-move-semantic) --
71 [other operations](#Rc-matched) --
72 [default](#Rc-eqdefault)
73 * `class`:
74 [data](#Rc-org) --
75 [invariant](#Rc-struct) --
76 [members](#Rc-member) --
77 [helpers](#Rc-helper) --
78 [concrete types](#SS-concrete) --
79 [ctors, =, and dtors](#S-ctor) --
80 [hierarchy](#SS-hier) --
81 [operators](#SS-overload)
82 * `concept`:
83 [rules](#SS-concepts) --
84 [in generic programming](#Rt-raise) --
85 [template arguments](#Rt-concepts) --
86 [semantics](#Rt-low)
87 * constructor:
88 [invariant](#Rc-struct) --
89 [establish invariant](#Rc-ctor) --
90 [`throw`](#Rc-throw) --
91 [default](#Rc-default0) --
92 [not needed](#Rc-default) --
93 [`explicit`](#Rc-explicit) --
94 [delegating](#Rc-delegating) --
95 [`virtual`](#Rc-ctor-virtual)
96 * derived `class`:
97 [when to use](#Rh-domain) --
98 [as interface](#Rh-abstract) --
99 [destructors](#Rh-dtor) --
100 [copy](#Rh-copy) --
101 [getters and setters](#Rh-get) --
102 [multiple inheritance](#Rh-mi-interface) --
103 [overloading](#Rh-using) --
104 [slicing](#Rc-copy-virtual) --
105 [`dynamic_cast`](#Rh-dynamic_cast)
106 * destructor:
107 [and constructors](#Rc-matched) --
108 [when needed?](#Rc-dtor) --
109 [may not fail](#Rc-dtor-fail)
110 * exception:
111 [errors](#S-errors) --
112 [`throw`](#Re-throw) --
113 [for errors only](#Re-errors) --
114 [`noexcept`](#Re-noexcept) --
115 [minimize `try`](#Re-catch) --
116 [what if no exceptions?](#Re-no-throw-codes)
117 * `for`:
118 [range-for and for](#Res-for-range) --
119 [for and while](#Res-for-while) --
120 [for-initializer](#Res-for-init) --
121 [empty body](#Res-empty) --
122 [loop variable](#Res-loop-counter) --
123 [loop variable type ???](#Res-???)
124 * function:
125 [naming](#Rf-package) --
126 [single operation](#Rf-logical) --
127 [no throw](#Rf-noexcept) --
128 [arguments](#Rf-smart) --
129 [argument passing](#Rf-conventional) --
130 [multiple return values](#Rf-out-multi) --
131 [pointers](#Rf-return-ptr) --
132 [lambdas](#Rf-capture-vs-overload)
133 * `inline`:
134 [small functions](#Rf-inline) --
135 [in headers](#Rs-inline)
136 * initialization:
137 [always](#Res-always) --
138 [prefer `{}`](#Res-list) --
139 [lambdas](#Res-lambda-init) --
140 [in-class initializers](#Rc-in-class-initializer) --
141 [class members](#Rc-initialize) --
142 [factory functions](#Rc-factory)
143 * lambda expression:
144 [when to use](#SS-lambdas)
145 * operator:
146 [conventional](#Ro-conventional) --
147 [avoid conversion operators](#Ro-conversion) --
148 [and lambdas](#Ro-lambda)
149 * `public`, `private`, and `protected`:
150 [information hiding](#Rc-private) --
151 [consistency](#Rh-public) --
152 [`protected`](#Rh-protected)
153 * `static_assert`:
154 [compile-time checking](#Rp-compile-time) --
155 [and concepts](#Rt-check-class)
156 * `struct`:
157 [for organizing data](#Rc-org) --
158 [use if no invariant](#Rc-struct) --
159 [no private members](#Rc-class)
160 * `template`:
161 [abstraction](#Rt-raise) --
162 [containers](#Rt-cont) --
163 [concepts](#Rt-concepts)
164 * `unsigned`:
165 [and signed](#Res-mix) --
166 [bit manipulation](#Res-unsigned)
167 * `virtual`:
168 [interfaces](#Ri-abstract) --
169 [not `virtual`](#Rc-concrete) --
170 [destructor](#Rc-dtor-virtual) --
171 [never fail](#Rc-dtor-fail)
173 You can look at design concepts used to express the rules:
175 * assertion: ???
176 * error: ???
177 * exception: exception guarantee (???)
178 * failure: ???
179 * invariant: ???
180 * leak: ???
181 * library: ???
182 * precondition: ???
183 * postcondition: ???
184 * resource: ???
186 # <a name="S-abstract"></a>Abstract
188 This document is a set of guidelines for using C++ well.
189 The aim of this document is to help people to use modern C++ effectively.
190 By "modern C++" we mean effective use of the ISO C++ standard (currently C++17, but almost all of our recommendations also apply to C++14 and C++11).
191 In other words, what would you like your code to look like in 5 years' time, given that you can start now? In 10 years' time?
193 The guidelines are focused on relatively high-level issues, such as interfaces, resource management, memory management, and concurrency.
194 Such rules affect application architecture and library design.
195 Following the rules will lead to code that is statically type safe, has no resource leaks, and catches many more programming logic errors than is common in code today.
196 And it will run fast -- you can afford to do things right.
198 We are less concerned with low-level issues, such as naming conventions and indentation style.
199 However, no topic that can help a programmer is out of bounds.
201 Our initial set of rules emphasizes safety (of various forms) and simplicity.
202 They may very well be too strict.
203 We expect to have to introduce more exceptions to better accommodate real-world needs.
204 We also need more rules.
206 You will find some of the rules contrary to your expectations or even contrary to your experience.
207 If we haven't suggested you change your coding style in any way, we have failed!
208 Please try to verify or disprove rules!
209 In particular, we'd really like to have some of our rules backed up with measurements or better examples.
211 You will find some of the rules obvious or even trivial.
212 Please remember that one purpose of a guideline is to help someone who is less experienced or coming from a different background or language to get up to speed.
214 Many of the rules are designed to be supported by an analysis tool.
215 Violations of rules will be flagged with references (or links) to the relevant rule.
216 We do not expect you to memorize all the rules before trying to write code.
217 One way of thinking about these guidelines is as a specification for tools that happens to be readable by humans.
219 The rules are meant for gradual introduction into a code base.
220 We plan to build tools for that and hope others will too.
222 Comments and suggestions for improvements are most welcome.
223 We plan to modify and extend this document as our understanding improves and the language and the set of available libraries improve.
225 # <a name="S-introduction"></a>In: Introduction
227 This is a set of core guidelines for modern C++ (currently C++17) taking likely future enhancements and ISO Technical Specifications (TSs) into account.
228 The aim is to help C++ programmers to write simpler, more efficient, more maintainable code.
230 Introduction summary:
232 * [In.target: Target readership](#SS-readers)
233 * [In.aims: Aims](#SS-aims)
234 * [In.not: Non-aims](#SS-non)
235 * [In.force: Enforcement](#SS-force)
236 * [In.struct: The structure of this document](#SS-struct)
237 * [In.sec: Major sections](#SS-sec)
239 ## <a name="SS-readers"></a>In.target: Target readership
241 All C++ programmers. This includes [programmers who might consider C](#S-cpl).
243 ## <a name="SS-aims"></a>In.aims: Aims
245 The purpose of this document is to help developers to adopt modern C++ (currently C++17) and to achieve a more uniform style across code bases.
247 We do not suffer the delusion that every one of these rules can be effectively applied to every code base. Upgrading old systems is hard. However, we do believe that a program that uses a rule is less error-prone and more maintainable than one that does not. Often, rules also lead to faster/easier initial development.
248 As far as we can tell, these rules lead to code that performs as well or better than older, more conventional techniques; they are meant to follow the zero-overhead principle ("what you don't use, you don't pay for" or "when you use an abstraction mechanism appropriately, you get at least as good performance as if you had handcoded using lower-level language constructs").
249 Consider these rules ideals for new code, opportunities to exploit when working on older code, and try to approximate these ideals as closely as feasible.
250 Remember:
252 ### <a name="R0"></a>In.0: Don't panic!
254 Take the time to understand the implications of a guideline rule on your program.
256 These guidelines are designed according to the "subset of superset" principle ([Stroustrup05](#Stroustrup05)).
257 They do not simply define a subset of C++ to be used (for reliability, safety, performance, or whatever).
258 Instead, they strongly recommend the use of a few simple "extensions" ([library components](#S-gsl))
259 that make the use of the most error-prone features of C++ redundant, so that they can be banned (in our set of rules).
261 The rules emphasize static type safety and resource safety.
262 For that reason, they emphasize possibilities for range checking, for avoiding dereferencing `nullptr`, for avoiding dangling pointers, and the systematic use of exceptions (via RAII).
263 Partly to achieve that and partly to minimize obscure code as a source of errors, the rules also emphasize simplicity and the hiding of necessary complexity behind well-specified interfaces.
265 Many of the rules are prescriptive.
266 We are uncomfortable with rules that simply state "don't do that!" without offering an alternative.
267 One consequence of that is that some rules can be supported only by heuristics, rather than precise and mechanically verifiable checks.
268 Other rules articulate general principles. For these more general rules, more detailed and specific rules provide partial checking.
270 These guidelines address the core of C++ and its use.
271 We expect that most large organizations, specific application areas, and even large projects will need further rules, possibly further restrictions, and further library support.
272 For example, hard-real-time programmers typically can't use free store (dynamic memory) freely and will be restricted in their choice of libraries.
273 We encourage the development of such more specific rules as addenda to these core guidelines.
274 Build your ideal small foundation library and use that, rather than lowering your level of programming to glorified assembly code.
276 The rules are designed to allow [gradual adoption](#S-modernizing).
278 Some rules aim to increase various forms of safety while others aim to reduce the likelihood of accidents, many do both.
279 The guidelines aimed at preventing accidents often ban perfectly legal C++.
280 However, when there are two ways of expressing an idea and one has shown itself a common source of errors and the other has not, we try to guide programmers towards the latter.
282 ## <a name="SS-non"></a>In.not: Non-aims
284 The rules are not intended to be minimal or orthogonal.
285 In particular, general rules can be simple, but unenforceable.
286 Also, it is often hard to understand the implications of a general rule.
287 More specialized rules are often easier to understand and to enforce, but without general rules, they would just be a long list of special cases.
288 We provide rules aimed at helping novices as well as rules supporting expert use.
289 Some rules can be completely enforced, but others are based on heuristics.
291 These rules are not meant to be read serially, like a book.
292 You can browse through them using the links.
293 However, their main intended use is to be targets for tools.
294 That is, a tool looks for violations and the tool returns links to violated rules.
295 The rules then provide reasons, examples of potential consequences of the violation, and suggested remedies.
297 These guidelines are not intended to be a substitute for a tutorial treatment of C++.
298 If you need a tutorial for some given level of experience, see [the references](#S-references).
300 This is not a guide on how to convert old C++ code to more modern code.
301 It is meant to articulate ideas for new code in a concrete fashion.
302 However, see [the modernization section](#S-modernizing) for some possible approaches to modernizing/rejuvenating/upgrading.
303 Importantly, the rules support gradual adoption: It is typically infeasible to completely convert a large code base all at once.
305 These guidelines are not meant to be complete or exact in every language-technical detail.
306 For the final word on language definition issues, including every exception to general rules and every feature, see the ISO C++ standard.
308 The rules are not intended to force you to write in an impoverished subset of C++.
309 They are *emphatically* not meant to define a, say, Java-like subset of C++.
310 They are not meant to define a single "one true C++" language.
311 We value expressiveness and uncompromised performance.
313 The rules are not value-neutral.
314 They are meant to make code simpler and more correct/safer than most existing C++ code, without loss of performance.
315 They are meant to inhibit perfectly valid C++ code that correlates with errors, spurious complexity, and poor performance.
317 The rules are not precise to the point where a person (or machine) can follow them blindly.
318 The enforcement parts try to be that, but we would rather leave a rule or a definition a bit vague
319 and open to interpretation than specify something precisely and wrong.
320 Sometimes, precision comes only with time and experience.
321 Design is not (yet) a form of Math.
323 The rules are not perfect.
324 A rule can do harm by prohibiting something that is useful in a given situation.
325 A rule can do harm by failing to prohibit something that enables a serious error in a given situation.
326 A rule can do a lot of harm by being vague, ambiguous, unenforceable, or by enabling every solution to a problem.
327 It is impossible to completely meet the "do no harm" criteria.
328 Instead, our aim is the less ambitious: "Do the most good for most programmers";
329 if you cannot live with a rule, object to it, ignore it, but don't water it down until it becomes meaningless.
330 Also, suggest an improvement.
332 ## <a name="SS-force"></a>In.force: Enforcement
334 Rules with no enforcement are unmanageable for large code bases.
335 Enforcement of all rules is possible only for a small weak set of rules or for a specific user community.
337 * But we want lots of rules, and we want rules that everybody can use.
338 * But different people have different needs.
339 * But people don't like to read lots of rules.
340 * But people can't remember many rules.
342 So, we need subsetting to meet a variety of needs.
344 * But arbitrary subsetting leads to chaos.
346 We want guidelines that help a lot of people, make code more uniform, and strongly encourage people to modernize their code.
347 We want to encourage best practices, rather than leave all to individual choices and management pressures.
348 The ideal is to use all rules; that gives the greatest benefits.
350 This adds up to quite a few dilemmas.
351 We try to resolve those using tools.
352 Each rule has an **Enforcement** section listing ideas for enforcement.
353 Enforcement might be done by code review, by static analysis, by compiler, or by run-time checks.
354 Wherever possible, we prefer "mechanical" checking (humans are slow, inaccurate, and bore easily) and static checking.
355 Run-time checks are suggested only rarely where no alternative exists; we do not want to introduce "distributed fat".
356 Where appropriate, we label a rule (in the **Enforcement** sections) with the name of groups of related rules (called "profiles").
357 A rule can be part of several profiles, or none.
358 For a start, we have a few profiles corresponding to common needs (desires, ideals):
360 * **type**: No type violations (reinterpreting a `T` as a `U` through casts, unions, or varargs)
361 * **bounds**: No bounds violations (accessing beyond the range of an array)
362 * **lifetime**: No leaks (failing to `delete` or multiple `delete`) and no access to invalid objects (dereferencing `nullptr`, using a dangling reference).
364 The profiles are intended to be used by tools, but also serve as an aid to the human reader.
365 We do not limit our comment in the **Enforcement** sections to things we know how to enforce; some comments are mere wishes that might inspire some tool builder.
367 Tools that implement these rules shall respect the following syntax to explicitly suppress a rule:
369     [[gsl::suppress(tag)]]
371 where "tag" is the anchor name of the item where the Enforcement rule appears (e.g., for [C.134](#Rh-public) it is "Rh-public"), the
372 name of a profile group-of-rules ("type", "bounds", or "lifetime"),
373 or a specific rule in a profile ([type.4](#Pro-type-cstylecast), or [bounds.2](#Pro-bounds-arrayindex)).
375 ## <a name="SS-struct"></a>In.struct: The structure of this document
377 Each rule (guideline, suggestion) can have several parts:
379 * The rule itself -- e.g., **no naked `new`**
380 * A rule reference number -- e.g., **C.7** (the 7th rule related to classes).
381   Since the major sections are not inherently ordered, we use letters as the first part of a rule reference "number".
382   We leave gaps in the numbering to minimize "disruption" when we add or remove rules.
383 * **Reason**s (rationales) -- because programmers find it hard to follow rules they don't understand
384 * **Example**s -- because rules are hard to understand in the abstract; can be positive or negative
385 * **Alternative**s -- for "don't do this" rules
386 * **Exception**s -- we prefer simple general rules. However, many rules apply widely, but not universally, so exceptions must be listed
387 * **Enforcement** -- ideas about how the rule might be checked "mechanically"
388 * **See also**s -- references to related rules and/or further discussion (in this document or elsewhere)
389 * **Note**s (comments) -- something that needs saying that doesn't fit the other classifications
390 * **Discussion** -- references to more extensive rationale and/or examples placed outside the main lists of rules
392 Some rules are hard to check mechanically, but they all meet the minimal criteria that an expert programmer can spot many violations without too much trouble.
393 We hope that "mechanical" tools will improve with time to approximate what such an expert programmer notices.
394 Also, we assume that the rules will be refined over time to make them more precise and checkable.
396 A rule is aimed at being simple, rather than carefully phrased to mention every alternative and special case.
397 Such information is found in the **Alternative** paragraphs and the [Discussion](#S-discussion) sections.
398 If you don't understand a rule or disagree with it, please visit its **Discussion**.
399 If you feel that a discussion is missing or incomplete, enter an [Issue](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/issues)
400 explaining your concerns and possibly a corresponding PR.
402 Examples are written to illustrate rules.
404 * Examples are not intended to be production quality or to cover all tutorial dimensions.
405 For example, many examples are language-technical and use names like `f`, `base`, and `x`.
406 * We try to ensure that "good" examples follow the Core Guidelines.
407 * Comments are often illustrating rules where they would be unnecessary and/or distracting in "real code."
408 * We assume knowledge of the standard library. For example, we use plain `vector` rather than `std::vector`.
410 This is not a language manual.
411 It is meant to be helpful, rather than complete, fully accurate on technical details, or a guide to existing code.
412 Recommended information sources can be found in [the references](#S-references).
414 ## <a name="SS-sec"></a>In.sec: Major sections
416 * [In: Introduction](#S-introduction)
417 * [P: Philosophy](#S-philosophy)
418 * [I: Interfaces](#S-interfaces)
419 * [F: Functions](#S-functions)
420 * [C: Classes and class hierarchies](#S-class)
421 * [Enum: Enumerations](#S-enum)
422 * [R: Resource management](#S-resource)
423 * [ES: Expressions and statements](#S-expr)
424 * [Per: Performance](#S-performance)
425 * [CP: Concurrency and parallelism](#S-concurrency)
426 * [E: Error handling](#S-errors)
427 * [Con: Constants and immutability](#S-const)
428 * [T: Templates and generic programming](#S-templates)
429 * [CPL: C-style programming](#S-cpl)
430 * [SF: Source files](#S-source)
431 * [SL: The Standard Library](#S-stdlib)
433 Supporting sections:
435 * [A: Architectural ideas](#S-A)
436 * [NR: Non-Rules and myths](#S-not)
437 * [RF: References](#S-references)
438 * [Pro: Profiles](#S-profile)
439 * [GSL: Guidelines support library](#S-gsl)
440 * [NL: Naming and layout rules](#S-naming)
441 * [FAQ: Answers to frequently asked questions](#S-faq)
442 * [Appendix A: Libraries](#S-libraries)
443 * [Appendix B: Modernizing code](#S-modernizing)
444 * [Appendix C: Discussion](#S-discussion)
445 * [Appendix D: Supporting tools](#S-tools)
446 * [Glossary](#S-glossary)
447 * [To-do: Unclassified proto-rules](#S-unclassified)
449 These sections are not orthogonal.
451 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.
452 The main section abbreviations are also used in rule numbers (e.g., "C.11" for "Make concrete types regular").
454 # <a name="S-philosophy"></a>P: Philosophy
456 The rules in this section are very general.
458 Philosophy rules summary:
460 * [P.1: Express ideas directly in code](#Rp-direct)
461 * [P.2: Write in ISO Standard C++](#Rp-Cplusplus)
462 * [P.3: Express intent](#Rp-what)
463 * [P.4: Ideally, a program should be statically type safe](#Rp-typesafe)
464 * [P.5: Prefer compile-time checking to run-time checking](#Rp-compile-time)
465 * [P.6: What cannot be checked at compile time should be checkable at run time](#Rp-run-time)
466 * [P.7: Catch run-time errors early](#Rp-early)
467 * [P.8: Don't leak any resources](#Rp-leak)
468 * [P.9: Don't waste time or space](#Rp-waste)
469 * [P.10: Prefer immutable data to mutable data](#Rp-mutable)
470 * [P.11: Encapsulate messy constructs, rather than spreading through the code](#Rp-library)
471 * [P.12: Use supporting tools as appropriate](#Rp-tools)
472 * [P.13: Use support libraries as appropriate](#Rp-lib)
474 Philosophical rules are generally not mechanically checkable.
475 However, individual rules reflecting these philosophical themes are.
476 Without a philosophical basis, the more concrete/specific/checkable rules lack rationale.
478 ### <a name="Rp-direct"></a>P.1: Express ideas directly in code
480 ##### Reason
482 Compilers don't read comments (or design documents) and neither do many programmers (consistently).
483 What is expressed in code has defined semantics and can (in principle) be checked by compilers and other tools.
485 ##### Example
487     class Date {
488     public:
489         Month month() const;  // do
490         int month();          // don't
491         // ...
492     };
494 The first declaration of `month` is explicit about returning a `Month` and about not modifying the state of the `Date` object.
495 The second version leaves the reader guessing and opens more possibilities for uncaught bugs.
497 ##### Example, bad
499 This loop is a restricted form of `std::find`:
501     void f(vector<string>& v)
502     {
503         string val;
504         cin >> val;
505         // ...
506         int index = -1;                    // bad, plus should use gsl::index
507         for (int i = 0; i < v.size(); ++i) {
508             if (v[i] == val) {
509                 index = i;
510                 break;
511             }
512         }
513         // ...
514     }
516 ##### Example, good
518 A much clearer expression of intent would be:
520     void f(vector<string>& v)
521     {
522         string val;
523         cin >> val;
524         // ...
525         auto p = find(begin(v), end(v), val);  // better
526         // ...
527     }
529 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.
531 A C++ programmer should know the basics of the standard library, and use it where appropriate.
532 Any programmer should know the basics of the foundation libraries of the project being worked on, and use them appropriately.
533 Any programmer using these guidelines should know the [guidelines support library](#S-gsl), and use it appropriately.
535 ##### Example
537     change_speed(double s);   // bad: what does s signify?
538     // ...
539     change_speed(2.3);
541 A better approach is to be explicit about the meaning of the double (new speed or delta on old speed?) and the unit used:
543     change_speed(Speed s);    // better: the meaning of s is specified
544     // ...
545     change_speed(2.3);        // error: no unit
546     change_speed(23m / 10s);  // meters per second
548 We could have accepted a plain (unit-less) `double` as a delta, but that would have been error-prone.
549 If we wanted both absolute speed and deltas, we would have defined a `Delta` type.
551 ##### Enforcement
553 Very hard in general.
555 * use `const` consistently (check if member functions modify their object; check if functions modify arguments passed by pointer or reference)
556 * flag uses of casts (casts neuter the type system)
557 * detect code that mimics the standard library (hard)
559 ### <a name="Rp-Cplusplus"></a>P.2: Write in ISO Standard C++
561 ##### Reason
563 This is a set of guidelines for writing ISO Standard C++.
565 ##### Note
567 There are environments where extensions are necessary, e.g., to access system resources.
568 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.
570 Extensions often do not have rigorously defined semantics.  Even extensions that
571 are common and implemented by multiple compilers may have slightly different
572 behaviors and edge case behavior as a direct result of *not* having a rigorous
573 standard definition.  With sufficient use of any such extension, expected
574 portability will be impacted.
576 ##### Note
578 Using valid ISO C++ does not guarantee portability (let alone correctness).
579 Avoid dependence on undefined behavior (e.g., [undefined order of evaluation](#Res-order))
580 and be aware of constructs with implementation defined meaning (e.g., `sizeof(int)`).
582 ##### Note
584 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.
585 In such cases, control their (dis)use with an extension of these Coding Guidelines customized to the specific environment.
587 ##### Enforcement
589 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.
591 ### <a name="Rp-what"></a>P.3: Express intent
593 ##### Reason
595 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.
597 ##### Example
599     gsl::index i = 0;
600     while (i < v.size()) {
601         // ... do something with v[i] ...
602     }
604 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.
606 Better:
608     for (const auto& x : v) { /* do something with the value of x */ }
610 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:
612     for (auto& x : v) { /* modify x */ }
614 For more details about for-statements, see [ES.71](#Res-for-range).
615 Sometimes better still, use a named algorithm. This example uses the `for_each` from the Ranges TS because it directly expresses the intent:
617     for_each(v, [](int x) { /* do something with the value of x */ });
618     for_each(par, v, [](int x) { /* do something with the value of x */ });
620 The last variant makes it clear that we are not interested in the order in which the elements of `v` are handled.
622 A programmer should be familiar with
624 * [The guidelines support library](#S-gsl)
625 * [The ISO C++ Standard Library](#S-stdlib)
626 * Whatever foundation libraries are used for the current project(s)
628 ##### Note
630 Alternative formulation: Say what should be done, rather than just how it should be done.
632 ##### Note
634 Some language constructs express intent better than others.
636 ##### Example
638 If two `int`s are meant to be the coordinates of a 2D point, say so:
640     draw_line(int, int, int, int);  // obscure
641     draw_line(Point, Point);        // clearer
643 ##### Enforcement
645 Look for common patterns for which there are better alternatives
647 * simple `for` loops vs. range-`for` loops
648 * `f(T*, int)` interfaces vs. `f(span<T>)` interfaces
649 * loop variables in too large a scope
650 * naked `new` and `delete`
651 * functions with many parameters of built-in types
653 There is a huge scope for cleverness and semi-automated program transformation.
655 ### <a name="Rp-typesafe"></a>P.4: Ideally, a program should be statically type safe
657 ##### Reason
659 Ideally, a program would be completely statically (compile-time) type safe.
660 Unfortunately, that is not possible. Problem areas:
662 * unions
663 * casts
664 * array decay
665 * range errors
666 * narrowing conversions
668 ##### Note
670 These areas are sources of serious problems (e.g., crashes and security violations).
671 We try to provide alternative techniques.
673 ##### Enforcement
675 We can ban, restrain, or detect the individual problem categories separately, as required and feasible for individual programs.
676 Always suggest an alternative.
677 For example:
679 * unions -- use `variant` (in C++17)
680 * casts -- minimize their use; templates can help
681 * array decay -- use `span` (from the GSL)
682 * range errors -- use `span`
683 * narrowing conversions -- minimize their use and use `narrow` or `narrow_cast` (from the GSL) where they are necessary
685 ### <a name="Rp-compile-time"></a>P.5: Prefer compile-time checking to run-time checking
687 ##### Reason
689 Code clarity and performance.
690 You don't need to write error handlers for errors caught at compile time.
692 ##### Example
694     // Int is an alias used for integers
695     int bits = 0;         // don't: avoidable code
696     for (Int i = 1; i; i <<= 1)
697         ++bits;
698     if (bits < 32)
699         cerr << "Int too small\n";
701 This example fails to achieve what it is trying to achieve (because overflow is undefined) and should be replaced with a simple `static_assert`:
703     // Int is an alias used for integers
704     static_assert(sizeof(Int) >= 4);    // do: compile-time check
706 Or better still just use the type system and replace `Int` with `int32_t`.
708 ##### Example
710     void read(int* p, int n);   // read max n integers into *p
712     int a[100];
713     read(a, 1000);    // bad, off the end
715 better
717     void read(span<int> r); // read into the range of integers r
719     int a[100];
720     read(a);        // better: let the compiler figure out the number of elements
722 **Alternative formulation**: Don't postpone to run time what can be done well at compile time.
724 ##### Enforcement
726 * Look for pointer arguments.
727 * Look for run-time checks for range violations.
729 ### <a name="Rp-run-time"></a>P.6: What cannot be checked at compile time should be checkable at run time
731 ##### Reason
733 Leaving hard-to-detect errors in a program is asking for crashes and bad results.
735 ##### Note
737 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).
739 ##### Example, bad
741     // separately compiled, possibly dynamically loaded
742     extern void f(int* p);
744     void g(int n)
745     {
746         // bad: the number of elements is not passed to f()
747         f(new int[n]);
748     }
750 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.
752 ##### Example, bad
754 We can of course pass the number of elements along with the pointer:
756     // separately compiled, possibly dynamically loaded
757     extern void f2(int* p, int n);
759     void g2(int n)
760     {
761         f2(new int[n], m);  // bad: a wrong number of elements can be passed to f()
762     }
764 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.
766 Also, it is implicit that `f2()` is supposed to `delete` its argument (or did the caller make a second mistake?).
768 ##### Example, bad
770 The standard library resource management pointers fail to pass the size when they point to an object:
772     // separately compiled, possibly dynamically loaded
773     // NB: this assumes the calling code is ABI-compatible, using a
774     // compatible C++ compiler and the same stdlib implementation
775     extern void f3(unique_ptr<int[]>, int n);
777     void g3(int n)
778     {
779         f3(make_unique<int[]>(n), m);    // bad: pass ownership and size separately
780     }
782 ##### Example
784 We need to pass the pointer and the number of elements as an integral object:
786     extern void f4(vector<int>&);   // separately compiled, possibly dynamically loaded
787     extern void f4(span<int>);      // separately compiled, possibly dynamically loaded
788                                     // NB: this assumes the calling code is ABI-compatible, using a
789                                     // compatible C++ compiler and the same stdlib implementation
791     void g3(int n)
792     {
793         vector<int> v(n);
794         f4(v);                     // pass a reference, retain ownership
795         f4(span<int>{v});          // pass a view, retain ownership
796     }
798 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.
800 ##### Example
802 How do we transfer both ownership and all information needed for validating use?
804     vector<int> f5(int n)    // OK: move
805     {
806         vector<int> v(n);
807         // ... initialize v ...
808         return v;
809     }
811     unique_ptr<int[]> f6(int n)    // bad: loses n
812     {
813         auto p = make_unique<int[]>(n);
814         // ... initialize *p ...
815         return p;
816     }
818     owner<int*> f7(int n)    // bad: loses n and we might forget to delete
819     {
820         owner<int*> p = new int[n];
821         // ... initialize *p ...
822         return p;
823     }
825 ##### Example
827 * ???
828 * show how possible checks are avoided by interfaces that pass polymorphic base classes around, when they actually know what they need?
829   Or strings as "free-style" options
831 ##### Enforcement
833 * Flag (pointer, count)-style interfaces (this will flag a lot of examples that can't be fixed for compatibility reasons)
834 * ???
836 ### <a name="Rp-early"></a>P.7: Catch run-time errors early
838 ##### Reason
840 Avoid "mysterious" crashes.
841 Avoid errors leading to (possibly unrecognized) wrong results.
843 ##### Example
845     void increment1(int* p, int n)    // bad: error-prone
846     {
847         for (int i = 0; i < n; ++i) ++p[i];
848     }
850     void use1(int m)
851     {
852         const int n = 10;
853         int a[n] = {};
854         // ...
855         increment1(a, m);   // maybe typo, maybe m <= n is supposed
856                             // but assume that m == 20
857         // ...
858     }
860 Here we made a small error in `use1` that will lead to corrupted data or a crash.
861 The (pointer, count)-style interface leaves `increment1()` with no realistic way of defending itself against out-of-range errors.
862 If we could check subscripts for out of range access, then the error would not be discovered until `p[10]` was accessed.
863 We could check earlier and improve the code:
865     void increment2(span<int> p)
866     {
867         for (int& x : p) ++x;
868     }
870     void use2(int m)
871     {
872         const int n = 10;
873         int a[n] = {};
874         // ...
875         increment2({a, m});    // maybe typo, maybe m <= n is supposed
876         // ...
877     }
879 Now, `m <= n` can be checked at the point of call (early) rather than later.
880 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):
882     void use3(int m)
883     {
884         const int n = 10;
885         int a[n] = {};
886         // ...
887         increment2(a);   // the number of elements of a need not be repeated
888         // ...
889     }
891 ##### Example, bad
893 Don't repeatedly check the same value. Don't pass structured data as strings:
895     Date read_date(istream& is);    // read date from istream
897     Date extract_date(const string& s);    // extract date from string
899     void user1(const string& date)    // manipulate date
900     {
901         auto d = extract_date(date);
902         // ...
903     }
905     void user2()
906     {
907         Date d = read_date(cin);
908         // ...
909         user1(d.to_string());
910         // ...
911     }
913 The date is validated twice (by the `Date` constructor) and passed as a character string (unstructured data).
915 ##### Example
917 Excess checking can be costly.
918 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)`).
920     class Jet {    // Physics says: e * e < x * x + y * y + z * z
921         float x;
922         float y;
923         float z;
924         float e;
925     public:
926         Jet(float x, float y, float z, float e)
927             :x(x), y(y), z(z), e(e)
928         {
929             // Should I check here that the values are physically meaningful?
930         }
932         float m() const
933         {
934             // Should I handle the degenerate case here?
935             return sqrt(x * x + y * y + z * z - e * e);
936         }
938         ???
939     };
941 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.
945 ##### Enforcement
947 * Look at pointers and arrays: Do range-checking early and not repeatedly
948 * Look at conversions: Eliminate or mark narrowing conversions
949 * Look for unchecked values coming from input
950 * Look for structured data (objects of classes with invariants) being converted into strings
951 * ???
953 ### <a name="Rp-leak"></a>P.8: Don't leak any resources
955 ##### Reason
957 Even a slow growth in resources will, over time, exhaust the availability of those resources.
958 This is particularly important for long-running programs, but is an essential piece of responsible programming behavior.
960 ##### Example, bad
962     void f(char* name)
963     {
964         FILE* input = fopen(name, "r");
965         // ...
966         if (something) return;   // bad: if something == true, a file handle is leaked
967         // ...
968         fclose(input);
969     }
971 Prefer [RAII](#Rr-raii):
973     void f(char* name)
974     {
975         ifstream input {name};
976         // ...
977         if (something) return;   // OK: no leak
978         // ...
979     }
981 **See also**: [The resource management section](#S-resource)
983 ##### Note
985 A leak is colloquially "anything that isn't cleaned up."
986 The more important classification is "anything that can no longer be cleaned up."
987 For example, allocating an object on the heap and then losing the last pointer that points to that allocation.
988 This rule should not be taken as requiring that allocations within long-lived objects must be returned during program shutdown.
989 For example, relying on system guaranteed cleanup such as file closing and memory deallocation upon process shutdown can simplify code.
990 However, relying on abstractions that implicitly clean up can be as simple, and often safer.
992 ##### Note
994 Enforcing [the lifetime safety profile](#SS-lifetime) eliminates leaks.
995 When combined with resource safety provided by [RAII](#Rr-raii), it eliminates the need for "garbage collection" (by generating no garbage).
996 Combine this with enforcement of [the type and bounds profiles](#SS-force) and you get complete type- and resource-safety, guaranteed by tools.
998 ##### Enforcement
1000 * Look at pointers: Classify them into non-owners (the default) and owners.
1001   Where feasible, replace owners with standard-library resource handles (as in the example above).
1002   Alternatively, mark an owner as such using `owner` from [the GSL](#S-gsl).
1003 * Look for naked `new` and `delete`
1004 * Look for known resource allocating functions returning raw pointers (such as `fopen`, `malloc`, and `strdup`)
1006 ### <a name="Rp-waste"></a>P.9: Don't waste time or space
1008 ##### Reason
1010 This is C++.
1012 ##### Note
1014 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.
1015 "Another benefit of striving for efficiency is that the process forces you to understand the problem in more depth." - Alex Stepanov
1017 ##### Example, bad
1019     struct X {
1020         char ch;
1021         int i;
1022         string s;
1023         char ch2;
1025         X& operator=(const X& a);
1026         X(const X&);
1027     };
1029     X waste(const char* p)
1030     {
1031         if (!p) throw Nullptr_error{};
1032         int n = strlen(p);
1033         auto buf = new char[n];
1034         if (!buf) throw Allocation_error{};
1035         for (int i = 0; i < n; ++i) buf[i] = p[i];
1036         // ... manipulate buffer ...
1037         X x;
1038         x.ch = 'a';
1039         x.s = string(n);    // give x.s space for *p
1040         for (gsl::index i = 0; i < x.s.size(); ++i) x.s[i] = buf[i];  // copy buf into x.s
1041         delete[] buf;
1042         return x;
1043     }
1045     void driver()
1046     {
1047         X x = waste("Typical argument");
1048         // ...
1049     }
1051 Yes, this is a caricature, but we have seen every individual mistake in production code, and worse.
1052 Note that the layout of `X` guarantees that at least 6 bytes (and most likely more) are wasted.
1053 The spurious definition of copy operations disables move semantics so that the return operation is slow
1054 (please note that the Return Value Optimization, RVO, is not guaranteed here).
1055 The use of `new` and `delete` for `buf` is redundant; if we really needed a local string, we should use a local `string`.
1056 There are several more performance bugs and gratuitous complication.
1058 ##### Example, bad
1060     void lower(zstring s)
1061     {
1062         for (int i = 0; i < strlen(s); ++i) s[i] = tolower(s[i]);
1063     }
1065 This is actually an example from production code.
1066 We can see that in our condition we have `i < strlen(s)`. This expression will be evaluated on every iteration of the loop, which means that `strlen` must walk through string every loop to discover its length. While the string contents are changing, it's assumed that `toLower` will not affect the length of the string, so it's better to cache the length outside the loop and not incur that cost each iteration.
1068 ##### Note
1070 An individual example of waste is rarely significant, and where it is significant, it is typically easily eliminated by an expert.
1071 However, waste spread liberally across a code base can easily be significant and experts are not always as available as we would like.
1072 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.
1073 After that, we can look at waste related to algorithms and requirements, but that is beyond the scope of these guidelines.
1075 ##### Enforcement
1077 Many more specific rules aim at the overall goals of simplicity and elimination of gratuitous waste.
1079 * Flag an unused return value from a user-defined non-defaulted postfix `operator++` or `operator--` function. Prefer using the prefix form instead. (Note: "User-defined non-defaulted" is intended to reduce noise. Review this enforcement if it's still too noisy in practice.)
1082 ### <a name="Rp-mutable"></a>P.10: Prefer immutable data to mutable data
1084 ##### Reason
1086 It is easier to reason about constants than about variables.
1087 Something immutable cannot change unexpectedly.
1088 Sometimes immutability enables better optimization.
1089 You can't have a data race on a constant.
1091 See [Con: Constants and immutability](#S-const)
1093 ### <a name="Rp-library"></a>P.11: Encapsulate messy constructs, rather than spreading through the code
1095 ##### Reason
1097 Messy code is more likely to hide bugs and harder to write.
1098 A good interface is easier and safer to use.
1099 Messy, low-level code breeds more such code.
1101 ##### Example
1103     int sz = 100;
1104     int* p = (int*) malloc(sizeof(int) * sz);
1105     int count = 0;
1106     // ...
1107     for (;;) {
1108         // ... read an int into x, exit loop if end of file is reached ...
1109         // ... check that x is valid ...
1110         if (count == sz)
1111             p = (int*) realloc(p, sizeof(int) * sz * 2);
1112         p[count++] = x;
1113         // ...
1114     }
1116 This is low-level, verbose, and error-prone.
1117 For example, we "forgot" to test for memory exhaustion.
1118 Instead, we could use `vector`:
1120     vector<int> v;
1121     v.reserve(100);
1122     // ...
1123     for (int x; cin >> x; ) {
1124         // ... check that x is valid ...
1125         v.push_back(x);
1126     }
1128 ##### Note
1130 The standards library and the GSL are examples of this philosophy.
1131 For example, instead of messing with the arrays, unions, cast, tricky lifetime issues, `gsl::owner`, etc.,
1132 that are needed to implement key abstractions, such as `vector`, `span`, `lock_guard`, and `future`, we use the libraries
1133 designed and implemented by people with more time and expertise than we usually have.
1134 Similarly, we can and should design and implement more specialized libraries, rather than leaving the users (often ourselves)
1135 with the challenge of repeatedly getting low-level code well.
1136 This is a variant of the [subset of superset principle](#R0) that underlies these guidelines.
1138 ##### Enforcement
1140 * Look for "messy code" such as complex pointer manipulation and casting outside the implementation of abstractions.
1143 ### <a name="Rp-tools"></a>P.12: Use supporting tools as appropriate
1145 ##### Reason
1147 There are many things that are done better "by machine".
1148 Computers don't tire or get bored by repetitive tasks.
1149 We typically have better things to do than repeatedly do routine tasks.
1151 ##### Example
1153 Run a static analyzer to verify that your code follows the guidelines you want it to follow.
1155 ##### Note
1159 * [Static analysis tools](???)
1160 * [Concurrency tools](#Rconc-tools)
1161 * [Testing tools](???)
1163 There are many other kinds of tools, such as source code repositories, build tools, etc.,
1164 but those are beyond the scope of these guidelines.
1166 ##### Note
1168 Be careful not to become dependent on over-elaborate or over-specialized tool chains.
1169 Those can make your otherwise portable code non-portable.
1172 ### <a name="Rp-lib"></a>P.13: Use support libraries as appropriate
1174 ##### Reason
1176 Using a well-designed, well-documented, and well-supported library saves time and effort;
1177 its quality and documentation are likely to be greater than what you could do
1178 if the majority of your time must be spent on an implementation.
1179 The cost (time, effort, money, etc.) of a library can be shared over many users.
1180 A widely used library is more likely to be kept up-to-date and ported to new systems than an individual application.
1181 Knowledge of a widely-used library can save time on other/future projects.
1182 So, if a suitable library exists for your application domain, use it.
1184 ##### Example
1186     std::sort(begin(v), end(v), std::greater<>());
1188 Unless you are an expert in sorting algorithms and have plenty of time,
1189 this is more likely to be correct and to run faster than anything you write for a specific application.
1190 You need a reason not to use the standard library (or whatever foundational libraries your application uses) rather than a reason to use it.
1192 ##### Note
1194 By default use
1196 * The [ISO C++ Standard Library](#S-stdlib)
1197 * The [Guidelines Support Library](#S-gsl)
1199 ##### Note
1201 If no well-designed, well-documented, and well-supported library exists for an important domain,
1202 maybe you should design and implement it, and then use it.
1205 # <a name="S-interfaces"></a>I: Interfaces
1207 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.
1208 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.
1210 Interface rule summary:
1212 * [I.1: Make interfaces explicit](#Ri-explicit)
1213 * [I.2: Avoid non-`const` global variables](#Ri-global)
1214 * [I.3: Avoid singletons](#Ri-singleton)
1215 * [I.4: Make interfaces precisely and strongly typed](#Ri-typed)
1216 * [I.5: State preconditions (if any)](#Ri-pre)
1217 * [I.6: Prefer `Expects()` for expressing preconditions](#Ri-expects)
1218 * [I.7: State postconditions](#Ri-post)
1219 * [I.8: Prefer `Ensures()` for expressing postconditions](#Ri-ensures)
1220 * [I.9: If an interface is a template, document its parameters using concepts](#Ri-concepts)
1221 * [I.10: Use exceptions to signal a failure to perform a required task](#Ri-except)
1222 * [I.11: Never transfer ownership by a raw pointer (`T*`) or reference (`T&`)](#Ri-raw)
1223 * [I.12: Declare a pointer that must not be null as `not_null`](#Ri-nullptr)
1224 * [I.13: Do not pass an array as a single pointer](#Ri-array)
1225 * [I.22: Avoid complex initialization of global objects](#Ri-global-init)
1226 * [I.23: Keep the number of function arguments low](#Ri-nargs)
1227 * [I.24: Avoid adjacent unrelated parameters of the same type](#Ri-unrelated)
1228 * [I.25: Prefer abstract classes as interfaces to class hierarchies](#Ri-abstract)
1229 * [I.26: If you want a cross-compiler ABI, use a C-style subset](#Ri-abi)
1230 * [I.27: For stable library ABI, consider the Pimpl idiom](#Ri-pimpl)
1231 * [I.30: Encapsulate rule violations](#Ri-encapsulate)
1233 **See also**:
1235 * [F: Functions](#S-functions)
1236 * [C.concrete: Concrete types](#SS-concrete)
1237 * [C.hier: Class hierarchies](#SS-hier)
1238 * [C.over: Overloading and overloaded operators](#SS-overload)
1239 * [C.con: Containers and other resource handles](#SS-containers)
1240 * [E: Error handling](#S-errors)
1241 * [T: Templates and generic programming](#S-templates)
1243 ### <a name="Ri-explicit"></a>I.1: Make interfaces explicit
1245 ##### Reason
1247 Correctness. Assumptions not stated in an interface are easily overlooked and hard to test.
1249 ##### Example, bad
1251 Controlling the behavior of a function through a global (namespace scope) variable (a call mode) is implicit and potentially confusing. For example:
1253     int round(double d)
1254     {
1255         return (round_up) ? ceil(d) : d;    // don't: "invisible" dependency
1256     }
1258 It will not be obvious to a caller that the meaning of two calls of `round(7.2)` might give different results.
1260 ##### Exception
1262 Sometimes we control the details of a set of operations by an environment variable, e.g., normal vs. verbose output or debug vs. optimized.
1263 The use of a non-local control is potentially confusing, but controls only implementation details of otherwise fixed semantics.
1265 ##### Example, bad
1267 Reporting through non-local variables (e.g., `errno`) is easily ignored. For example:
1269     // don't: no test of printf's return value
1270     fprintf(connection, "logging: %d %d %d\n", x, y, s);
1272 What if the connection goes down so that no logging output is produced? See I.???.
1274 **Alternative**: Throw an exception. An exception cannot be ignored.
1276 **Alternative formulation**: Avoid passing information across an interface through non-local or implicit state.
1277 Note that non-`const` member functions pass information to other member functions through their object's state.
1279 **Alternative formulation**: An interface should be a function or a set of functions.
1280 Functions can be template functions and sets of functions can be classes or class templates.
1282 ##### Enforcement
1284 * (Simple) A function should not make control-flow decisions based on the values of variables declared at namespace scope.
1285 * (Simple) A function should not write to variables declared at namespace scope.
1287 ### <a name="Ri-global"></a>I.2: Avoid non-`const` global variables
1289 ##### Reason
1291 Non-`const` global variables hide dependencies and make the dependencies subject to unpredictable changes.
1293 ##### Example
1295     struct Data {
1296         // ... lots of stuff ...
1297     } data;            // non-const data
1299     void compute()     // don't
1300     {
1301         // ... use data ...
1302     }
1304     void output()     // don't
1305     {
1306         // ... use data ...
1307     }
1309 Who else might modify `data`?
1311 **Warning**: The initialization of global objects is not totally ordered.
1312 If you use a global object initialize it with a constant.
1313 Note that it is possible to get undefined initialization order even for `const` objects.
1315 ##### Exception
1317 A global object is often better than a singleton.
1319 ##### Note
1321 Global constants are useful.
1323 ##### Note
1325 The rule against global variables applies to namespace scope variables as well.
1327 **Alternative**: If you use global (more generally namespace scope) data to avoid copying, consider passing the data as an object by reference to `const`.
1328 Another solution is to define the data as the state of some object and the operations as member functions.
1330 **Warning**: Beware of data races: If one thread can access non-local data (or data passed by reference) while another thread executes the callee, we can have a data race.
1331 Every pointer or reference to mutable data is a potential data race.
1333 Using global pointers or references to access and change non-const, and otherwise non-global,
1334 data isn't a better alternative to non-const global variables since that doesn't solve the issues of hidden dependencies or potential race conditions.
1336 ##### Note
1338 You cannot have a race condition on immutable data.
1340 **References**: See the [rules for calling functions](#SS-call).
1342 ##### Note
1344 The rule is "avoid", not "don't use." Of course there will be (rare) exceptions, such as `cin`, `cout`, and `cerr`.
1346 ##### Enforcement
1348 (Simple) Report all non-`const` variables declared at namespace scope and global pointers/references to non-const data.
1351 ### <a name="Ri-singleton"></a>I.3: Avoid singletons
1353 ##### Reason
1355 Singletons are basically complicated global objects in disguise.
1357 ##### Example
1359     class Singleton {
1360         // ... lots of stuff to ensure that only one Singleton object is created,
1361         // that it is initialized properly, etc.
1362     };
1364 There are many variants of the singleton idea.
1365 That's part of the problem.
1367 ##### Note
1369 If you don't want a global object to change, declare it `const` or `constexpr`.
1371 ##### Exception
1373 You can use the simplest "singleton" (so simple that it is often not considered a singleton) to get initialization on first use, if any:
1375     X& myX()
1376     {
1377         static X my_x {3};
1378         return my_x;
1379     }
1381 This is one of the most effective solutions to problems related to initialization order.
1382 In a multi-threaded environment, the initialization of the static object does not introduce a race condition
1383 (unless you carelessly access a shared object from within its constructor).
1385 Note that the initialization of a local `static` does not imply a race condition.
1386 However, if the destruction of `X` involves an operation that needs to be synchronized we must use a less simple solution.
1387 For example:
1389     X& myX()
1390     {
1391         static auto p = new X {3};
1392         return *p;  // potential leak
1393     }
1395 Now someone must `delete` that object in some suitably thread-safe way.
1396 That's error-prone, so we don't use that technique unless
1398 * `myX` is in multi-threaded code,
1399 * that `X` object needs to be destroyed (e.g., because it releases a resource), and
1400 * `X`'s destructor's code needs to be synchronized.
1402 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.
1404 ##### Enforcement
1406 Very hard in general.
1408 * Look for classes with names that include `singleton`.
1409 * Look for classes for which only a single object is created (by counting objects or by examining constructors).
1410 * 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.
1412 ### <a name="Ri-typed"></a>I.4: Make interfaces precisely and strongly typed
1414 ##### Reason
1416 Types are the simplest and best documentation, improve legibility due to their well-defined meaning, and are checked at compile time.
1417 Also, precisely typed code is often optimized better.
1419 ##### Example, don't
1421 Consider:
1423     void pass(void* data);    // weak and under qualified type void* is suspicious
1425 Callers are unsure what types are allowed and if the data may
1426 be mutated as `const` is not specified. Note all pointer types
1427 implicitly convert to void*, so it is easy for callers to provide this value.
1429 The callee must `static_cast` data to an unverified type to use it.
1430 That is error-prone and verbose.
1432 Only use `const void*` for passing in data in designs that are indescribable in C++. Consider using a `variant` or a pointer to base instead.
1434 **Alternative**: Often, a template parameter can eliminate the `void*` turning it into a `T*` or `T&`.
1435 For generic code these `T`s can be general or concept constrained template parameters.
1437 ##### Example, bad
1439 Consider:
1441     draw_rect(100, 200, 100, 500); // what do the numbers specify?
1443     draw_rect(p.x, p.y, 10, 20); // what units are 10 and 20 in?
1445 It is clear that the caller is describing a rectangle, but it is unclear what parts they relate to. Also, an `int` can carry arbitrary forms of information, including values of many units, so we must guess about the meaning of the four `int`s. Most likely, the first two are an `x`,`y` coordinate pair, but what are the last two?
1447 Comments and parameter names can help, but we could be explicit:
1449     void draw_rectangle(Point top_left, Point bottom_right);
1450     void draw_rectangle(Point top_left, Size height_width);
1452     draw_rectangle(p, Point{10, 20});  // two corners
1453     draw_rectangle(p, Size{10, 20});   // one corner and a (height, width) pair
1455 Obviously, we cannot catch all errors through the static type system
1456 (e.g., the fact that a first argument is supposed to be a top-left point is left to convention (naming and comments)).
1458 ##### Example, bad
1460 Consider:
1462     set_settings(true, false, 42); // what do the numbers specify?
1464 The parameter types and their values do not communicate what settings are being specified or what those values mean.
1466 This design is more explicit, safe and legible:
1468     alarm_settings s{};
1469     s.enabled = true;
1470     s.displayMode = alarm_settings::mode::spinning_light;
1471     s.frequency = alarm_settings::every_10_seconds;
1472     set_settings(s);
1474 For the case of a set of boolean values consider using a flags enum; a pattern that expresses a set of boolean values.
1476     enable_lamp_options(lamp_option::on | lamp_option::animate_state_transitions);
1478 ##### Example, bad
1480 In the following example, it is not clear from the interface what `time_to_blink` means: Seconds? Milliseconds?
1482     void blink_led(int time_to_blink) // bad -- the unit is ambiguous
1483     {
1484         // ...
1485         // do something with time_to_blink
1486         // ...
1487     }
1489     void use()
1490     {
1491         blink_led(2);
1492     }
1494 ##### Example, good
1496 `std::chrono::duration` types (C++11) helps making the unit of time duration explicit.
1498     void blink_led(milliseconds time_to_blink) // good -- the unit is explicit
1499     {
1500         // ...
1501         // do something with time_to_blink
1502         // ...
1503     }
1505     void use()
1506     {
1507         blink_led(1500ms);
1508     }
1510 The function can also be written in such a way that it will accept any time duration unit.
1512     template<class rep, class period>
1513     void blink_led(duration<rep, period> time_to_blink) // good -- accepts any unit
1514     {
1515         // assuming that millisecond is the smallest relevant unit
1516         auto milliseconds_to_blink = duration_cast<milliseconds>(time_to_blink);
1517         // ...
1518         // do something with milliseconds_to_blink
1519         // ...
1520     }
1522     void use()
1523     {
1524         blink_led(2s);
1525         blink_led(1500ms);
1526     }
1528 ##### Enforcement
1530 * (Simple) Report the use of `void*` as a parameter or return type.
1531 * (Simple) Report the use of more than one `bool` parameter.
1532 * (Hard to do well) Look for functions that use too many primitive type arguments.
1534 ### <a name="Ri-pre"></a>I.5: State preconditions (if any)
1536 ##### Reason
1538 Arguments have meaning that may constrain their proper use in the callee.
1540 ##### Example
1542 Consider:
1544     double sqrt(double x);
1546 Here `x` must be non-negative. The type system cannot (easily and naturally) express that, so we must use other means. For example:
1548     double sqrt(double x); // x must be non-negative
1550 Some preconditions can be expressed as assertions. For example:
1552     double sqrt(double x) { Expects(x >= 0); /* ... */ }
1554 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).
1556 **References**: `Expects()` is described in [GSL](#S-gsl).
1558 ##### Note
1560 Prefer a formal specification of requirements, such as `Expects(p);`.
1561 If that is infeasible, use English text in comments, such as `// the sequence [p:q) is ordered using <`.
1563 ##### Note
1565 Most member functions have as a precondition that some class invariant holds.
1566 That invariant is established by a constructor and must be reestablished upon exit by every member function called from outside the class.
1567 We don't need to mention it for each member function.
1569 ##### Enforcement
1571 (Not enforceable)
1573 **See also**: The rules for passing pointers. ???
1575 ### <a name="Ri-expects"></a>I.6: Prefer `Expects()` for expressing preconditions
1577 ##### Reason
1579 To make it clear that the condition is a precondition and to enable tool use.
1581 ##### Example
1583     int area(int height, int width)
1584     {
1585         Expects(height > 0 && width > 0);            // good
1586         if (height <= 0 || width <= 0) my_error();   // obscure
1587         // ...
1588     }
1590 ##### Note
1592 Preconditions can be stated in many ways, including comments, `if`-statements, and `assert()`.
1593 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?).
1595 ##### Note
1597 Preconditions should be part of the interface rather than part of the implementation,
1598 but we don't yet have the language facilities to do that.
1599 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.
1601 ##### Note
1603 `Expects()` can also be used to check a condition in the middle of an algorithm.
1605 ##### Note
1607 No, using `unsigned` is not a good way to sidestep the problem of [ensuring that a value is non-negative](#Res-non-negative).
1609 ##### Enforcement
1611 (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.
1613 ### <a name="Ri-post"></a>I.7: State postconditions
1615 ##### Reason
1617 To detect misunderstandings about the result and possibly catch erroneous implementations.
1619 ##### Example, bad
1621 Consider:
1623     int area(int height, int width) { return height * width; }  // bad
1625 Here, we (incautiously) left out the precondition specification, so it is not explicit that height and width must be positive.
1626 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.
1627 Overflow can happen.
1628 Consider using:
1630     int area(int height, int width)
1631     {
1632         auto res = height * width;
1633         Ensures(res > 0);
1634         return res;
1635     }
1637 ##### Example, bad
1639 Consider a famous security bug:
1641     void f()    // problematic
1642     {
1643         char buffer[MAX];
1644         // ...
1645         memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
1646     }
1648 There was no postcondition stating that the buffer should be cleared and the optimizer eliminated the apparently redundant `memset()` call:
1650     void f()    // better
1651     {
1652         char buffer[MAX];
1653         // ...
1654         memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
1655         Ensures(buffer[0] == 0);
1656     }
1658 ##### Note
1660 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.
1662 ##### Note
1664 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.
1666 ##### Example
1668 Consider a function that manipulates a `Record`, using a `mutex` to avoid race conditions:
1670     mutex m;
1672     void manipulate(Record& r)    // don't
1673     {
1674         m.lock();
1675         // ... no m.unlock() ...
1676     }
1678 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.
1679 Stating the postcondition would have made it clear:
1681     void manipulate(Record& r)    // postcondition: m is unlocked upon exit
1682     {
1683         m.lock();
1684         // ... no m.unlock() ...
1685     }
1687 The bug is now obvious (but only to a human reading comments).
1689 Better still, use [RAII](#Rr-raii) to ensure that the postcondition ("the lock must be released") is enforced in code:
1691     void manipulate(Record& r)    // best
1692     {
1693         lock_guard<mutex> _ {m};
1694         // ...
1695     }
1697 ##### Note
1699 Ideally, postconditions are stated in the interface/declaration so that users can easily see them.
1700 Only postconditions related to the users can be stated in the interface.
1701 Postconditions related only to internal state belongs in the definition/implementation.
1703 ##### Enforcement
1705 (Not enforceable) This is a philosophical guideline that is infeasible to check
1706 directly in the general case. Domain specific checkers (like lock-holding
1707 checkers) exist for many toolchains.
1709 ### <a name="Ri-ensures"></a>I.8: Prefer `Ensures()` for expressing postconditions
1711 ##### Reason
1713 To make it clear that the condition is a postcondition and to enable tool use.
1715 ##### Example
1717     void f()
1718     {
1719         char buffer[MAX];
1720         // ...
1721         memset(buffer, 0, MAX);
1722         Ensures(buffer[0] == 0);
1723     }
1725 ##### Note
1727 Postconditions can be stated in many ways, including comments, `if`-statements, and `assert()`.
1728 This can make them hard to distinguish from ordinary code, hard to update, hard to manipulate by tools, and may have the wrong semantics.
1730 **Alternative**: Postconditions of the form "this resource must be released" are best expressed by [RAII](#Rr-raii).
1732 ##### Note
1734 Ideally, that `Ensures` should be part of the interface, but that's not easily done.
1735 For now, we place it in the definition (function body).
1736 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.
1738 ##### Enforcement
1740 (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.
1742 ### <a name="Ri-concepts"></a>I.9: If an interface is a template, document its parameters using concepts
1744 ##### Reason
1746 Make the interface precisely specified and compile-time checkable in the (not so distant) future.
1748 ##### Example
1750 Use the ISO Concepts TS style of requirements specification. For example:
1752     template<typename Iter, typename Val>
1753     // requires InputIterator<Iter> && EqualityComparable<ValueType<Iter>>, Val>
1754     Iter find(Iter first, Iter last, Val v)
1755     {
1756         // ...
1757     }
1759 ##### Note
1761 Soon (maybe in 2018), most compilers will be able to check `requires` clauses once the `//` is removed.
1762 Concepts are supported in GCC 6.1 and later.
1764 **See also**: [Generic programming](#SS-GP) and [concepts](#SS-concepts).
1766 ##### Enforcement
1768 (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).
1770 ### <a name="Ri-except"></a>I.10: Use exceptions to signal a failure to perform a required task
1772 ##### Reason
1774 It should not be possible to ignore an error because that could leave the system or a computation in an undefined (or unexpected) state.
1775 This is a major source of errors.
1777 ##### Example
1779     int printf(const char* ...);    // bad: return negative number if output fails
1781     template <class F, class ...Args>
1782     // good: throw system_error if unable to start the new thread
1783     explicit thread(F&& f, Args&&... args);
1785 ##### Note
1787 What is an error?
1789 An error means that the function cannot achieve its advertised purpose (including establishing postconditions).
1790 Calling code that ignores an error could lead to wrong results or undefined systems state.
1791 For example, not being able to connect to a remote server is not by itself an error:
1792 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.
1793 However, if failing to make a connection is considered an error, then a failure should throw an exception.
1795 ##### Exception
1797 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.
1799 ##### Alternative
1801 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:
1803     int val;
1804     int error_code;
1805     tie(val, error_code) = do_something();
1806     if (error_code) {
1807         // ... handle the error or exit ...
1808     }
1809     // ... use val ...
1811 This style unfortunately leads to uninitialized variables.
1812 Since C++17 the "structured bindings" feature can be used to initialize variables directly from the return value:
1814     auto [val, error_code] = do_something();
1815     if (error_code) {
1816         // ... handle the error or exit ...
1817     }
1818     // ... use val ...
1820 ##### Note
1822 We don't consider "performance" a valid reason not to use exceptions.
1824 * Often, explicit error checking and handling consume as much time and space as exception handling.
1825 * Often, cleaner code yields better performance with exceptions (simplifying the tracing of paths through the program and their optimization).
1826 * A good rule for performance critical code is to move checking outside the [critical](#Rper-critical) part of the code.
1827 * In the longer term, more regular code gets better optimized.
1828 * Always carefully [measure](#Rper-measure) before making performance claims.
1830 **See also**: [I.5](#Ri-pre) and [I.7](#Ri-post) for reporting precondition and postcondition violations.
1832 ##### Enforcement
1834 * (Not enforceable) This is a philosophical guideline that is infeasible to check directly.
1835 * Look for `errno`.
1837 ### <a name="Ri-raw"></a>I.11: Never transfer ownership by a raw pointer (`T*`) or reference (`T&`)
1839 ##### Reason
1841 If there is any doubt whether the caller or the callee owns an object, leaks or premature destruction will occur.
1843 ##### Example
1845 Consider:
1847     X* compute(args)    // don't
1848     {
1849         X* res = new X{};
1850         // ...
1851         return res;
1852     }
1854 Who deletes the returned `X`? The problem would be harder to spot if `compute` returned a reference.
1855 Consider returning the result by value (use move semantics if the result is large):
1857     vector<double> compute(args)  // good
1858     {
1859         vector<double> res(10000);
1860         // ...
1861         return res;
1862     }
1864 **Alternative**: [Pass ownership](#Rr-smartptrparam) using a "smart pointer", such as `unique_ptr` (for exclusive ownership) and `shared_ptr` (for shared ownership).
1865 However, that is less elegant and often less efficient than returning the object itself,
1866 so use smart pointers only if reference semantics are needed.
1868 **Alternative**: Sometimes older code can't be modified because of ABI compatibility requirements or lack of resources.
1869 In that case, mark owning pointers using `owner` from the [guidelines support library](#S-gsl):
1871     owner<X*> compute(args)    // It is now clear that ownership is transferred
1872     {
1873         owner<X*> res = new X{};
1874         // ...
1875         return res;
1876     }
1878 This tells analysis tools that `res` is an owner.
1879 That is, its value must be `delete`d or transferred to another owner, as is done here by the `return`.
1881 `owner` is used similarly in the implementation of resource handles.
1883 ##### Note
1885 Every object passed as a raw pointer (or iterator) is assumed to be owned by the
1886 caller, so that its lifetime is handled by the caller. Viewed another way:
1887 ownership transferring APIs are relatively rare compared to pointer-passing APIs,
1888 so the default is "no ownership transfer."
1890 **See also**: [Argument passing](#Rf-conventional), [use of smart pointer arguments](#Rr-smartptrparam), and [value return](#Rf-value-return).
1892 ##### Enforcement
1894 * (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>`.
1895 * (Simple) Warn on failure to either `reset` or explicitly `delete` an `owner` pointer on every code path.
1896 * (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.
1898 ### <a name="Ri-nullptr"></a>I.12: Declare a pointer that must not be null as `not_null`
1900 ##### Reason
1902 To help avoid dereferencing `nullptr` errors.
1903 To improve performance by avoiding redundant checks for `nullptr`.
1905 ##### Example
1907     int length(const char* p);            // it is not clear whether length(nullptr) is valid
1909     length(nullptr);                      // OK?
1911     int length(not_null<const char*> p);  // better: we can assume that p cannot be nullptr
1913     int length(const char* p);            // we must assume that p can be nullptr
1915 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.
1917 ##### Note
1919 `not_null` is defined in the [guidelines support library](#S-gsl).
1921 ##### Note
1923 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*`.
1925     // we can assume that p cannot be nullptr
1926     // we can assume that p points to a zero-terminated array of characters
1927     int length(not_null<zstring> p);
1929 Note: `length()` is, of course, `std::strlen()` in disguise.
1931 ##### Enforcement
1933 * (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`.
1934 * (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`.
1936 ### <a name="Ri-array"></a>I.13: Do not pass an array as a single pointer
1938 ##### Reason
1940  (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.
1942 ##### Example
1944 Consider:
1946     void copy_n(const T* p, T* q, int n); // copy from [p:p+n) to [q:q+n)
1948 What if there are fewer than `n` elements in the array pointed to by `q`? Then, we overwrite some probably unrelated memory.
1949 What if there are fewer than `n` elements in the array pointed to by `p`? Then, we read some probably unrelated memory.
1950 Either is undefined behavior and a potentially very nasty bug.
1952 ##### Alternative
1954 Consider using explicit spans:
1956     void copy(span<const T> r, span<T> r2); // copy r to r2
1958 ##### Example, bad
1960 Consider:
1962     void draw(Shape* p, int n);  // poor interface; poor code
1963     Circle arr[10];
1964     // ...
1965     draw(arr, 10);
1967 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.
1969 **Alternative**: Use a support class that ensures that the number of elements is correct and prevents dangerous implicit conversions. For example:
1971     void draw2(span<Circle>);
1972     Circle arr[10];
1973     // ...
1974     draw2(span<Circle>(arr));  // deduce the number of elements
1975     draw2(arr);    // deduce the element type and array size
1977     void draw3(span<Shape>);
1978     draw3(arr);    // error: cannot convert Circle[10] to span<Shape>
1980 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 ???.
1982 ##### Exception
1984 Use `zstring` and `czstring` to represent C-style, zero-terminated strings.
1985 But when doing so, use `std::string_view` or `string_span` from the [GSL](#S-gsl) to prevent range errors.
1987 ##### Enforcement
1989 * (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.
1990 * (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.
1992 ### <a name="Ri-global-init"></a>I.22: Avoid complex initialization of global objects
1994 ##### Reason
1996 Complex initialization can lead to undefined order of execution.
1998 ##### Example
2000     // file1.c
2002     extern const X x;
2004     const Y y = f(x);   // read x; write y
2006     // file2.c
2008     extern const Y y;
2010     const X x = g(y);   // read y; write x
2012 Since `x` and `y` are in different translation units the order of calls to `f()` and `g()` is undefined;
2013 one will access an uninitialized `const`.
2014 This shows that the order-of-initialization problem for global (namespace scope) objects is not limited to global *variables*.
2016 ##### Note
2018 Order of initialization problems become particularly difficult to handle in concurrent code.
2019 It is usually best to avoid global (namespace scope) objects altogether.
2021 ##### Enforcement
2023 * Flag initializers of globals that call non-`constexpr` functions
2024 * Flag initializers of globals that access `extern` objects
2026 ### <a name="Ri-nargs"></a>I.23: Keep the number of function arguments low
2028 ##### Reason
2030 Having many arguments opens opportunities for confusion. Passing lots of arguments is often costly compared to alternatives.
2032 ##### Discussion
2034 The two most common reasons why functions have too many parameters are:
2036 1. *Missing an abstraction.*
2037    There is an abstraction missing, so that a compound value is being
2038    passed as individual elements instead of as a single object that enforces an invariant.
2039    This not only expands the parameter list, but it leads to errors because the component values
2040    are no longer protected by an enforced invariant.
2042 2. *Violating "one function, one responsibility."*
2043    The function is trying to do more than one job and should probably be refactored.
2045 ##### Example
2047 The standard-library `merge()` is at the limit of what we can comfortably handle:
2049     template<class InputIterator1, class InputIterator2, class OutputIterator, class Compare>
2050     OutputIterator merge(InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,
2051                          InputIterator2 first2, InputIterator2 last2,
2052                          OutputIterator result, Compare comp);
2054 Note that this is because of problem 1 above -- missing abstraction. Instead of passing a range (abstraction), STL passed iterator pairs (unencapsulated component values).
2056 Here, we have four template arguments and six function arguments.
2057 To simplify the most frequent and simplest uses, the comparison argument can be defaulted to `<`:
2059     template<class InputIterator1, class InputIterator2, class OutputIterator>
2060     OutputIterator merge(InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,
2061                          InputIterator2 first2, InputIterator2 last2,
2062                          OutputIterator result);
2064 This doesn't reduce the total complexity, but it reduces the surface complexity presented to many users.
2065 To really reduce the number of arguments, we need to bundle the arguments into higher-level abstractions:
2067     template<class InputRange1, class InputRange2, class OutputIterator>
2068     OutputIterator merge(InputRange1 r1, InputRange2 r2, OutputIterator result);
2070 Grouping arguments into "bundles" is a general technique to reduce the number of arguments and to increase the opportunities for checking.
2072 Alternatively, we could use concepts (as defined by the ISO TS) to define the notion of three types that must be usable for merging:
2074     Mergeable{In1, In2, Out}
2075     OutputIterator merge(In1 r1, In2 r2, Out result);
2077 ##### Example
2079 The safety Profiles recommend replacing
2081     void f(int* some_ints, int some_ints_length);  // BAD: C style, unsafe
2083 with
2085     void f(gsl::span<int> some_ints);              // GOOD: safe, bounds-checked
2087 Here, using an abstraction has safety and robustness benefits, and naturally also reduces the number of parameters.
2089 ##### Note
2091 How many parameters are too many? Try to use fewer than four (4) parameters.
2092 There are functions that are best expressed with four individual parameters, but not many.
2094 **Alternative**: Use better abstraction: Group arguments into meaningful objects and pass the objects (by value or by reference).
2096 **Alternative**: Use default arguments or overloads to allow the most common forms of calls to be done with fewer arguments.
2098 ##### Enforcement
2100 * Warn when a function declares two iterators (including pointers) of the same type instead of a range or a view.
2101 * (Not enforceable) This is a philosophical guideline that is infeasible to check directly.
2103 ### <a name="Ri-unrelated"></a>I.24: Avoid adjacent unrelated parameters of the same type
2105 ##### Reason
2107 Adjacent arguments of the same type are easily swapped by mistake.
2109 ##### Example, bad
2111 Consider:
2113     void copy_n(T* p, T* q, int n);  // copy from [p:p + n) to [q:q + n)
2115 This is a nasty variant of a K&R C-style interface. It is easy to reverse the "to" and "from" arguments.
2117 Use `const` for the "from" argument:
2119     void copy_n(const T* p, T* q, int n);  // copy from [p:p + n) to [q:q + n)
2121 ##### Exception
2123 If the order of the parameters is not important, there is no problem:
2125     int max(int a, int b);
2127 ##### Alternative
2129 Don't pass arrays as pointers, pass an object representing a range (e.g., a `span`):
2131     void copy_n(span<const T> p, span<T> q);  // copy from p to q
2133 ##### Alternative
2135 Define a `struct` as the parameter type and name the fields for those parameters accordingly:
2137     struct SystemParams {
2138         string config_file;
2139         string output_path;
2140         seconds timeout;
2141     };
2142     void initialize(SystemParams p);
2144 This tends to make invocations of this clear to future readers, as the parameters
2145 are often filled in by name at the call site.
2147 ##### Enforcement
2149 (Simple) Warn if two consecutive parameters share the same type.
2151 ### <a name="Ri-abstract"></a>I.25: Prefer abstract classes as interfaces to class hierarchies
2153 ##### Reason
2155 Abstract classes are more likely to be stable than base classes with state.
2157 ##### Example, bad
2159 You just knew that `Shape` would turn up somewhere :-)
2161     class Shape {  // bad: interface class loaded with data
2162     public:
2163         Point center() const { return c; }
2164         virtual void draw() const;
2165         virtual void rotate(int);
2166         // ...
2167     private:
2168         Point c;
2169         vector<Point> outline;
2170         Color col;
2171     };
2173 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:
2175     class Shape {    // better: Shape is a pure interface
2176     public:
2177         virtual Point center() const = 0;   // pure virtual functions
2178         virtual void draw() const = 0;
2179         virtual void rotate(int) = 0;
2180         // ...
2181         // ... no data members ...
2182         // ...
2183         virtual ~Shape() = default;
2184     };
2186 ##### Enforcement
2188 (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.
2190 ### <a name="Ri-abi"></a>I.26: If you want a cross-compiler ABI, use a C-style subset
2192 ##### Reason
2194 Different compilers implement different binary layouts for classes, exception handling, function names, and other implementation details.
2196 ##### Exception
2198 Common ABIs are emerging on some platforms freeing you from the more draconian restrictions.
2200 ##### Note
2202 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.
2204 ##### Enforcement
2206 (Not enforceable) It is difficult to reliably identify where an interface forms part of an ABI.
2208 ### <a name="Ri-pimpl"></a>I.27: For stable library ABI, consider the Pimpl idiom
2210 ##### Reason
2212 Because private data members participate in class layout and private member functions participate in overload resolution, changes to those
2213 implementation details require recompilation of all users of a class that uses them. A non-polymorphic interface class holding a pointer to
2214 implementation (Pimpl) can isolate the users of a class from changes in its implementation at the cost of an indirection.
2216 ##### Example
2218 interface (widget.h)
2220     class widget {
2221         class impl;
2222         std::unique_ptr<impl> pimpl;
2223     public:
2224         void draw(); // public API that will be forwarded to the implementation
2225         widget(int); // defined in the implementation file
2226         ~widget();   // defined in the implementation file, where impl is a complete type
2227         widget(widget&&); // defined in the implementation file
2228         widget(const widget&) = delete;
2229         widget& operator=(widget&&); // defined in the implementation file
2230         widget& operator=(const widget&) = delete;
2231     };
2234 implementation (widget.cpp)
2236     class widget::impl {
2237         int n; // private data
2238     public:
2239         void draw(const widget& w) { /* ... */ }
2240         impl(int n) : n(n) {}
2241     };
2242     void widget::draw() { pimpl->draw(*this); }
2243     widget::widget(int n) : pimpl{std::make_unique<impl>(n)} {}
2244     widget::widget(widget&&) = default;
2245     widget::~widget() = default;
2246     widget& widget::operator=(widget&&) = default;
2248 ##### Notes
2250 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.
2252 ##### Enforcement
2254 (Not enforceable) It is difficult to reliably identify where an interface forms part of an ABI.
2256 ### <a name="Ri-encapsulate"></a>I.30: Encapsulate rule violations
2258 ##### Reason
2260 To keep code simple and safe.
2261 Sometimes, ugly, unsafe, or error-prone techniques are necessary for logical or performance reasons.
2262 If so, keep them local, rather than "infecting" interfaces so that larger groups of programmers have to be aware of the
2263 subtleties.
2264 Implementation complexity should, if at all possible, not leak through interfaces into user code.
2266 ##### Example
2268 Consider a program that, depending on some form of input (e.g., arguments to `main`), should consume input
2269 from a file, from the command line, or from standard input.
2270 We might write
2272     bool owned;
2273     owner<istream*> inp;
2274     switch (source) {
2275     case std_in:        owned = false; inp = &cin;                       break;
2276     case command_line:  owned = true;  inp = new istringstream{argv[2]}; break;
2277     case file:          owned = true;  inp = new ifstream{argv[2]};      break;
2278     }
2279     istream& in = *inp;
2281 This violated the rule [against uninitialized variables](#Res-always),
2282 the rule against [ignoring ownership](#Ri-raw),
2283 and the rule [against magic constants](#Res-magic).
2284 In particular, someone has to remember to somewhere write
2286     if (owned) delete inp;
2288 We could handle this particular example by using `unique_ptr` with a special deleter that does nothing for `cin`,
2289 but that's complicated for novices (who can easily encounter this problem) and the example is an example of a more general
2290 problem where a property that we would like to consider static (here, ownership) needs infrequently be addressed
2291 at run time.
2292 The common, most frequent, and safest examples can be handled statically, so we don't want to add cost and complexity to those.
2293 But we must also cope with the uncommon, less-safe, and necessarily more expensive cases.
2294 Such examples are discussed in [[Str15]](http://www.stroustrup.com/resource-model.pdf).
2296 So, we write a class
2298     class Istream { [[gsl::suppress(lifetime)]]
2299     public:
2300         enum Opt { from_line = 1 };
2301         Istream() { }
2302         Istream(zstring p) :owned{true}, inp{new ifstream{p}} {}            // read from file
2303         Istream(zstring p, Opt) :owned{true}, inp{new istringstream{p}} {}  // read from command line
2304         ~Istream() { if (owned) delete inp; }
2305         operator istream& () { return *inp; }
2306     private:
2307         bool owned = false;
2308         istream* inp = &cin;
2309     };
2311 Now, the dynamic nature of `istream` ownership has been encapsulated.
2312 Presumably, a bit of checking for potential errors would be added in real code.
2314 ##### Enforcement
2316 * Hard, it is hard to decide what rule-breaking code is essential
2317 * Flag rule suppression that enable rule-violations to cross interfaces
2319 # <a name="S-functions"></a>F: Functions
2321 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.
2323 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.
2324 Functions are the most critical part in most interfaces, so see the interface rules.
2326 Function rule summary:
2328 Function definition rules:
2330 * [F.1: "Package" meaningful operations as carefully named functions](#Rf-package)
2331 * [F.2: A function should perform a single logical operation](#Rf-logical)
2332 * [F.3: Keep functions short and simple](#Rf-single)
2333 * [F.4: If a function may have to be evaluated at compile time, declare it `constexpr`](#Rf-constexpr)
2334 * [F.5: If a function is very small and time-critical, declare it inline](#Rf-inline)
2335 * [F.6: If your function may not throw, declare it `noexcept`](#Rf-noexcept)
2336 * [F.7: For general use, take `T*` or `T&` arguments rather than smart pointers](#Rf-smart)
2337 * [F.8: Prefer pure functions](#Rf-pure)
2338 * [F.9: Unused parameters should be unnamed](#Rf-unused)
2340 Parameter passing expression rules:
2342 * [F.15: Prefer simple and conventional ways of passing information](#Rf-conventional)
2343 * [F.16: For "in" parameters, pass cheaply-copied types by value and others by reference to `const`](#Rf-in)
2344 * [F.17: For "in-out" parameters, pass by reference to non-`const`](#Rf-inout)
2345 * [F.18: For "will-move-from" parameters, pass by `X&&` and `std::move` the parameter](#Rf-consume)
2346 * [F.19: For "forward" parameters, pass by `TP&&` and only `std::forward` the parameter](#Rf-forward)
2347 * [F.20: For "out" output values, prefer return values to output parameters](#Rf-out)
2348 * [F.21: To return multiple "out" values, prefer returning a struct or tuple](#Rf-out-multi)
2349 * [F.60: Prefer `T*` over `T&` when "no argument" is a valid option](#Rf-ptr-ref)
2351 Parameter passing semantic rules:
2353 * [F.22: Use `T*` or `owner<T*>` to designate a single object](#Rf-ptr)
2354 * [F.23: Use a `not_null<T>` to indicate that "null" is not a valid value](#Rf-nullptr)
2355 * [F.24: Use a `span<T>` or a `span_p<T>` to designate a half-open sequence](#Rf-range)
2356 * [F.25: Use a `zstring` or a `not_null<zstring>` to designate a C-style string](#Rf-zstring)
2357 * [F.26: Use a `unique_ptr<T>` to transfer ownership where a pointer is needed](#Rf-unique_ptr)
2358 * [F.27: Use a `shared_ptr<T>` to share ownership](#Rf-shared_ptr)
2360 <a name="Rf-value-return"></a>Value return semantic rules:
2362 * [F.42: Return a `T*` to indicate a position (only)](#Rf-return-ptr)
2363 * [F.43: Never (directly or indirectly) return a pointer or a reference to a local object](#Rf-dangle)
2364 * [F.44: Return a `T&` when copy is undesirable and "returning no object" isn't needed](#Rf-return-ref)
2365 * [F.45: Don't return a `T&&`](#Rf-return-ref-ref)
2366 * [F.46: `int` is the return type for `main()`](#Rf-main)
2367 * [F.47: Return `T&` from assignment operators](#Rf-assignment-op)
2368 * [F.48: Don't `return std::move(local)`](#Rf-return-move-local)
2370 Other function rules:
2372 * [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)
2373 * [F.51: Where there is a choice, prefer default arguments over overloading](#Rf-default-args)
2374 * [F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms](#Rf-reference-capture)
2375 * [F.53: Avoid capturing by reference in lambdas that will be used non-locally, including returned, stored on the heap, or passed to another thread](#Rf-value-capture)
2376 * [F.54: If you capture `this`, capture all variables explicitly (no default capture)](#Rf-this-capture)
2377 * [F.55: Don't use `va_arg` arguments](#F-varargs)
2379 Functions have strong similarities to lambdas and function objects.
2381 **See also**: [C.lambdas: Function objects and lambdas](#SS-lambdas)
2383 ## <a name="SS-fct-def"></a>F.def: Function definitions
2385 A function definition is a function declaration that also specifies the function's implementation, the function body.
2387 ### <a name="Rf-package"></a>F.1: "Package" meaningful operations as carefully named functions
2389 ##### Reason
2391 Factoring out common code makes code more readable, more likely to be reused, and limit errors from complex code.
2392 If something is a well-specified action, separate it out from its surrounding code and give it a name.
2394 ##### Example, don't
2396     void read_and_print(istream& is)    // read and print an int
2397     {
2398         int x;
2399         if (is >> x)
2400             cout << "the int is " << x << '\n';
2401         else
2402             cerr << "no int on input\n";
2403     }
2405 Almost everything is wrong with `read_and_print`.
2406 It reads, it writes (to a fixed `ostream`), it writes error messages (to a fixed `ostream`), it handles only `int`s.
2407 There is nothing to reuse, logically separate operations are intermingled and local variables are in scope after the end of their logical use.
2408 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
2409 mess could become hard to understand.
2411 ##### Note
2413 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.
2415 ##### Example
2417     sort(a, b, [](T x, T y) { return x.rank() < y.rank() && x.value() < y.value(); });
2419 Naming that lambda breaks up the expression into its logical parts and provides a strong hint to the meaning of the lambda.
2421     auto lessT = [](T x, T y) { return x.rank() < y.rank() && x.value() < y.value(); };
2423     sort(a, b, lessT);
2424     find_if(a, b, lessT);
2426 The shortest code is not always the best for performance or maintainability.
2428 ##### Exception
2430 Loop bodies, including lambdas used as loop bodies, rarely need to be named.
2431 However, large loop bodies (e.g., dozens of lines or dozens of pages) can be a problem.
2432 The rule [Keep functions short and simple](#Rf-single) implies "Keep loop bodies short."
2433 Similarly, lambdas used as callback arguments are sometimes non-trivial, yet unlikely to be reusable.
2435 ##### Enforcement
2437 * See [Keep functions short and simple](#Rf-single)
2438 * Flag identical and very similar lambdas used in different places.
2440 ### <a name="Rf-logical"></a>F.2: A function should perform a single logical operation
2442 ##### Reason
2444 A function that performs a single operation is simpler to understand, test, and reuse.
2446 ##### Example
2448 Consider:
2450     void read_and_print()    // bad
2451     {
2452         int x;
2453         cin >> x;
2454         // check for errors
2455         cout << x << "\n";
2456     }
2458 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:
2460     int read(istream& is)    // better
2461     {
2462         int x;
2463         is >> x;
2464         // check for errors
2465         return x;
2466     }
2468     void print(ostream& os, int x)
2469     {
2470         os << x << "\n";
2471     }
2473 These can now be combined where needed:
2475     void read_and_print()
2476     {
2477         auto x = read(cin);
2478         print(cout, x);
2479     }
2481 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:
2483     auto read = [](auto& input, auto& value)    // better
2484     {
2485         input >> value;
2486         // check for errors
2487     };
2489     auto print(auto& output, const auto& value)
2490     {
2491         output << value << "\n";
2492     }
2494 ##### Enforcement
2496 * Consider functions with more than one "out" parameter suspicious. Use return values instead, including `tuple` for multiple return values.
2497 * Consider "large" functions that don't fit on one editor screen suspicious. Consider factoring such a function into smaller well-named suboperations.
2498 * Consider functions with 7 or more parameters suspicious.
2500 ### <a name="Rf-single"></a>F.3: Keep functions short and simple
2502 ##### Reason
2504 Large functions are hard to read, more likely to contain complex code, and more likely to have variables in larger than minimal scopes.
2505 Functions with complex control structures are more likely to be long and more likely to hide logical errors
2507 ##### Example
2509 Consider:
2511     double simple_func(double val, int flag1, int flag2)
2512         // simple_func: takes a value and calculates the expected ASIC output,
2513         // given the two mode flags.
2514     {
2515         double intermediate;
2516         if (flag1 > 0) {
2517             intermediate = func1(val);
2518             if (flag2 % 2)
2519                  intermediate = sqrt(intermediate);
2520         }
2521         else if (flag1 == -1) {
2522             intermediate = func1(-val);
2523             if (flag2 % 2)
2524                  intermediate = sqrt(-intermediate);
2525             flag1 = -flag1;
2526         }
2527         if (abs(flag2) > 10) {
2528             intermediate = func2(intermediate);
2529         }
2530         switch (flag2 / 10) {
2531         case 1: if (flag1 == -1) return finalize(intermediate, 1.171);
2532                 break;
2533         case 2: return finalize(intermediate, 13.1);
2534         default: break;
2535         }
2536         return finalize(intermediate, 0.);
2537     }
2539 This is too complex.
2540 How would you know if all possible alternatives have been correctly handled?
2541 Yes, it breaks other rules also.
2543 We can refactor:
2545     double func1_muon(double val, int flag)
2546     {
2547         // ???
2548     }
2550     double func1_tau(double val, int flag1, int flag2)
2551     {
2552         // ???
2553     }
2555     double simple_func(double val, int flag1, int flag2)
2556         // simple_func: takes a value and calculates the expected ASIC output,
2557         // given the two mode flags.
2558     {
2559         if (flag1 > 0)
2560             return func1_muon(val, flag2);
2561         if (flag1 == -1)
2562             // handled by func1_tau: flag1 = -flag1;
2563             return func1_tau(-val, flag1, flag2);
2564         return 0.;
2565     }
2567 ##### Note
2569 "It doesn't fit on a screen" is often a good practical definition of "far too large."
2570 One-to-five-line functions should be considered normal.
2572 ##### Note
2574 Break large functions up into smaller cohesive and named functions.
2575 Small simple functions are easily inlined where the cost of a function call is significant.
2577 ##### Enforcement
2579 * Flag functions that do not "fit on a screen."
2580   How big is a screen? Try 60 lines by 140 characters; that's roughly the maximum that's comfortable for a book page.
2581 * Flag functions that are too complex. How complex is too complex?
2582   You could use cyclomatic complexity. Try "more than 10 logical path through." Count a simple switch as one path.
2584 ### <a name="Rf-constexpr"></a>F.4: If a function may have to be evaluated at compile time, declare it `constexpr`
2586 ##### Reason
2588  `constexpr` is needed to tell the compiler to allow compile-time evaluation.
2590 ##### Example
2592 The (in)famous factorial:
2594     constexpr int fac(int n)
2595     {
2596         constexpr int max_exp = 17;      // constexpr enables max_exp to be used in Expects
2597         Expects(0 <= n && n < max_exp);  // prevent silliness and overflow
2598         int x = 1;
2599         for (int i = 2; i <= n; ++i) x *= i;
2600         return x;
2601     }
2603 This is C++14.
2604 For C++11, use a recursive formulation of `fac()`.
2606 ##### Note
2608 `constexpr` does not guarantee compile-time evaluation;
2609 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.
2611     constexpr int min(int x, int y) { return x < y ? x : y; }
2613     void test(int v)
2614     {
2615         int m1 = min(-1, 2);            // probably compile-time evaluation
2616         constexpr int m2 = min(-1, 2);  // compile-time evaluation
2617         int m3 = min(-1, v);            // run-time evaluation
2618         constexpr int m4 = min(-1, v);  // error: cannot evaluate at compile time
2619     }
2621 ##### Note
2623 Don't try to make all functions `constexpr`.
2624 Most computation is best done at run time.
2626 ##### Note
2628 Any API that may eventually depend on high-level run-time configuration or
2629 business logic should not be made `constexpr`. Such customization can not be
2630 evaluated by the compiler, and any `constexpr` functions that depended upon
2631 that API would have to be refactored or drop `constexpr`.
2633 ##### Enforcement
2635 Impossible and unnecessary.
2636 The compiler gives an error if a non-`constexpr` function is called where a constant is required.
2638 ### <a name="Rf-inline"></a>F.5: If a function is very small and time-critical, declare it `inline`
2640 ##### Reason
2642 Some optimizers are good at inlining without hints from the programmer, but don't rely on it.
2643 Measure! Over the last 40 years or so, we have been promised compilers that can inline better than humans without hints from humans.
2644 We are still waiting.
2645 Specifying `inline` encourages the compiler to do a better job.
2647 ##### Example
2649     inline string cat(const string& s, const string& s2) { return s + s2; }
2651 ##### Exception
2653 Do not put an `inline` function in what is meant to be a stable interface unless you are certain that it will not change.
2654 An inline function is part of the ABI.
2656 ##### Note
2658 `constexpr` implies `inline`.
2660 ##### Note
2662 Member functions defined in-class are `inline` by default.
2664 ##### Exception
2666 Template functions (incl. template member functions) are normally defined in headers and therefore inline.
2668 ##### Enforcement
2670 Flag `inline` functions that are more than three statements and could have been declared out of line (such as class member functions).
2672 ### <a name="Rf-noexcept"></a>F.6: If your function may not throw, declare it `noexcept`
2674 ##### Reason
2676 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.
2678 ##### Example
2680 Put `noexcept` on every function written completely in C or in any other language without exceptions.
2681 The C++ Standard Library does that implicitly for all functions in the C Standard Library.
2683 ##### Note
2685 `constexpr` functions can throw when evaluated at run time, so you may need `noexcept` for some of those.
2687 ##### Example
2689 You can use `noexcept` even on functions that can throw:
2691     vector<string> collect(istream& is) noexcept
2692     {
2693         vector<string> res;
2694         for (string s; is >> s;)
2695             res.push_back(s);
2696         return res;
2697     }
2699 If `collect()` runs out of memory, the program crashes.
2700 Unless the program is crafted to survive memory exhaustion, that may be just the right thing to do;
2701 `terminate()` may generate suitable error log information (but after memory runs out it is hard to do anything clever).
2703 ##### Note
2705 You must be aware of the execution environment that your code is running when
2706 deciding whether to tag a function `noexcept`, especially because of the issue
2707 of throwing and allocation.  Code that is intended to be perfectly general (like
2708 the standard library and other utility code of that sort) needs to support
2709 environments where a `bad_alloc` exception may be handled meaningfully.
2710 However, most programs and execution environments cannot meaningfully
2711 handle a failure to allocate, and aborting the program is the cleanest and
2712 simplest response to an allocation failure in those cases.  If you know that
2713 your application code cannot respond to an allocation failure, it may be
2714 appropriate to add `noexcept` even on functions that allocate.
2716 Put another way: In most programs, most functions can throw (e.g., because they
2717 use `new`, call functions that do, or use library functions that reports failure
2718 by throwing), so don't just sprinkle `noexcept` all over the place without
2719 considering whether the possible exceptions can be handled.
2721 `noexcept` is most useful (and most clearly correct) for frequently used,
2722 low-level functions.
2724 ##### Note
2726 Destructors, `swap` functions, move operations, and default constructors should never throw.
2727 See also [C.44](#Rc-default00).
2729 ##### Enforcement
2731 * Flag functions that are not `noexcept`, yet cannot throw.
2732 * Flag throwing `swap`, `move`, destructors, and default constructors.
2734 ### <a name="Rf-smart"></a>F.7: For general use, take `T*` or `T&` arguments rather than smart pointers
2736 ##### Reason
2738 Passing a smart pointer transfers or shares ownership and should only be used when ownership semantics are intended (see [R.30](#Rr-smartptrparam)).
2739 Passing by smart pointer restricts the use of a function to callers that use smart pointers.
2740 Passing a shared smart pointer (e.g., `std::shared_ptr`) implies a run-time cost.
2742 ##### Example
2744     // accepts any int*
2745     void f(int*);
2747     // can only accept ints for which you want to transfer ownership
2748     void g(unique_ptr<int>);
2750     // can only accept ints for which you are willing to share ownership
2751     void g(shared_ptr<int>);
2753     // doesn't change ownership, but requires a particular ownership of the caller
2754     void h(const unique_ptr<int>&);
2756     // accepts any int
2757     void h(int&);
2759 ##### Example, bad
2761     // callee
2762     void f(shared_ptr<widget>& w)
2763     {
2764         // ...
2765         use(*w); // only use of w -- the lifetime is not used at all
2766         // ...
2767     };
2769 See further in [R.30](#Rr-smartptrparam).
2771 ##### Note
2773 We can catch dangling pointers statically, so we don't need to rely on resource management to avoid violations from dangling pointers.
2775 **See also**:
2777 * [Prefer `T*` over `T&` when "no argument" is a valid option](#Rf-ptr-ref)
2778 * [Smart pointer rule summary](#Rr-summary-smartptrs)
2780 ##### Enforcement
2782 Flag a parameter of a smart pointer type (a type that overloads `operator->` or `operator*`) for which the ownership semantics are not used;
2783 that is
2785 * copyable but never copied/moved from or movable but never moved
2786 * and that is never modified or passed along to another function that could do so.
2788 ### <a name="Rf-pure"></a>F.8: Prefer pure functions
2790 ##### Reason
2792 Pure functions are easier to reason about, sometimes easier to optimize (and even parallelize), and sometimes can be memoized.
2794 ##### Example
2796     template<class T>
2797     auto square(T t) { return t * t; }
2799 ##### Enforcement
2801 Not possible.
2803 ### <a name="Rf-unused"></a>F.9: Unused parameters should be unnamed
2805 ##### Reason
2807 Readability.
2808 Suppression of unused parameter warnings.
2810 ##### Example
2812     X* find(map<Blob>& m, const string& s, Hint);   // once upon a time, a hint was used
2814 ##### Note
2816 Allowing parameters to be unnamed was introduced in the early 1980 to address this problem.
2818 ##### Enforcement
2820 Flag named unused parameters.
2822 ## <a name="SS-call"></a>F.call: Parameter passing
2824 There are a variety of ways to pass parameters to a function and to return values.
2826 ### <a name="Rf-conventional"></a>F.15: Prefer simple and conventional ways of passing information
2828 ##### Reason
2830 Using "unusual and clever" techniques causes surprises, slows understanding by other programmers, and encourages bugs.
2831 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.
2833 The following tables summarize the advice in the following Guidelines, F.16-21.
2835 Normal parameter passing:
2837 ![Normal parameter passing table](./param-passing-normal.png "Normal parameter passing")
2839 Advanced parameter passing:
2841 ![Advanced parameter passing table](./param-passing-advanced.png "Advanced parameter passing")
2843 Use the advanced techniques only after demonstrating need, and document that need in a comment.
2845 For passing sequences of characters see [String](#SS-string).
2847 ### <a name="Rf-in"></a>F.16: For "in" parameters, pass cheaply-copied types by value and others by reference to `const`
2849 ##### Reason
2851 Both let the caller know that a function will not modify the argument, and both allow initialization by rvalues.
2853 What is "cheap to copy" depends on the machine architecture, but two or three words (doubles, pointers, references) are usually best passed by value.
2854 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.
2856 ##### Example
2858     void f1(const string& s);  // OK: pass by reference to const; always cheap
2860     void f2(string s);         // bad: potentially expensive
2862     void f3(int x);            // OK: Unbeatable
2864     void f4(const int& x);     // bad: overhead on access in f4()
2866 For advanced uses (only), where you really need to optimize for rvalues passed to "input-only" parameters:
2868 * If the function is going to unconditionally move from the argument, take it by `&&`. See [F.18](#Rf-consume).
2869 * If the function is going to keep a copy of the argument, in addition to passing by `const&` (for lvalues),
2870   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).
2871 * In special cases, such as multiple "input + copy" parameters, consider using perfect forwarding. See [F.19](#Rf-forward).
2873 ##### Example
2875     int multiply(int, int); // just input ints, pass by value
2877     // suffix is input-only but not as cheap as an int, pass by const&
2878     string& concatenate(string&, const string& suffix);
2880     void sink(unique_ptr<widget>);  // input only, and moves ownership of the widget
2882 Avoid "esoteric techniques" such as:
2884 * Passing arguments as `T&&` "for efficiency".
2885   Most rumors about performance advantages from passing by `&&` are false or brittle (but see [F.18](#Rf-consume) and [F.19](#Rf-forward)).
2886 * Returning `const T&` from assignments and similar operations (see [F.47](#Rf-assignment-op).)
2888 ##### Example
2890 Assuming that `Matrix` has move operations (possibly by keeping its elements in a `std::vector`):
2892     Matrix operator+(const Matrix& a, const Matrix& b)
2893     {
2894         Matrix res;
2895         // ... fill res with the sum ...
2896         return res;
2897     }
2899     Matrix x = m1 + m2;  // move constructor
2901     y = m3 + m3;         // move assignment
2903 ##### Notes
2905 The return value optimization doesn't handle the assignment case, but the move assignment does.
2907 A reference may be assumed to refer to a valid object (language rule).
2908 There is no (legitimate) "null reference."
2909 If you need the notion of an optional value, use a pointer, `std::optional`, or a special value used to denote "no value."
2911 ##### Enforcement
2913 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a parameter being passed by value has a size greater than `2 * sizeof(void*)`.
2914   Suggest using a reference to `const` instead.
2915 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a parameter passed by reference to `const` has a size less than `2 * sizeof(void*)`. Suggest passing by value instead.
2916 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a parameter passed by reference to `const` is `move`d.
2918 ### <a name="Rf-inout"></a>F.17: For "in-out" parameters, pass by reference to non-`const`
2920 ##### Reason
2922 This makes it clear to callers that the object is assumed to be modified.
2924 ##### Example
2926     void update(Record& r);  // assume that update writes to r
2928 ##### Note
2930 A `T&` argument can pass information into a function as well as out of it.
2931 Thus `T&` could be an in-out-parameter. That can in itself be a problem and a source of errors:
2933     void f(string& s)
2934     {
2935         s = "New York";  // non-obvious error
2936     }
2938     void g()
2939     {
2940         string buffer = ".................................";
2941         f(buffer);
2942         // ...
2943     }
2945 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).
2946 A bad logic error can happen if the writer of `g()` incorrectly assumes the size of the `buffer`.
2948 ##### Enforcement
2950 * (Moderate) ((Foundation)) Warn about functions regarding reference to non-`const` parameters that do *not* write to them.
2951 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a non-`const` parameter being passed by reference is `move`d.
2953 ### <a name="Rf-consume"></a>F.18: For "will-move-from" parameters, pass by `X&&` and `std::move` the parameter
2955 ##### Reason
2957 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.
2959 ##### Example
2961     void sink(vector<int>&& v) {   // sink takes ownership of whatever the argument owned
2962         // usually there might be const accesses of v here
2963         store_somewhere(std::move(v));
2964         // usually no more use of v here; it is moved-from
2965     }
2967 Note that the `std::move(v)` makes it possible for `store_somewhere()` to leave `v` in a moved-from state.
2968 [That could be dangerous](#Rc-move-semantic).
2971 ##### Exception
2973 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.
2975 For example:
2977     template <class T>
2978     void sink(std::unique_ptr<T> p) {
2979         // use p ... possibly std::move(p) onward somewhere else
2980     }   // p gets destroyed
2982 ##### Enforcement
2984 * Flag all `X&&` parameters (where `X` is not a template type parameter name) where the function body uses them without `std::move`.
2985 * Flag access to moved-from objects.
2986 * Don't conditionally move from objects
2988 ### <a name="Rf-forward"></a>F.19: For "forward" parameters, pass by `TP&&` and only `std::forward` the parameter
2990 ##### Reason
2992 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.
2994 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.
2996 ##### Example
2998     template <class F, class... Args>
2999     inline auto invoke(F f, Args&&... args) {
3000         return f(forward<Args>(args)...);
3001     }
3003     ??? calls ???
3005 ##### Enforcement
3007 * 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.
3009 ### <a name="Rf-out"></a>F.20: For "out" output values, prefer return values to output parameters
3011 ##### Reason
3013 A return value is self-documenting, whereas a `&` could be either in-out or out-only and is liable to be misused.
3015 This includes large objects like standard containers that use implicit move operations for performance and to avoid explicit memory management.
3017 If you have multiple values to return, [use a tuple](#Rf-out-multi) or similar multi-member type.
3019 ##### Example
3021     // OK: return pointers to elements with the value x
3022     vector<const int*> find_all(const vector<int>&, int x);
3024     // Bad: place pointers to elements with value x in-out
3025     void find_all(const vector<int>&, vector<const int*>& out, int x);
3027 ##### Note
3029 A `struct` of many (individually cheap-to-move) elements may be in aggregate expensive to move.
3031 It is not recommended to return a `const` value.
3032 Such older advice is now obsolete; it does not add value, and it interferes with move semantics.
3034     const vector<int> fct();    // bad: that "const" is more trouble than it is worth
3036     vector<int> g(const vector<int>& vx)
3037     {
3038         // ...
3039         fct() = vx;   // prevented by the "const"
3040         // ...
3041         return fct(); // expensive copy: move semantics suppressed by the "const"
3042     }
3044 The argument for adding `const` to a return value is that it prevents (very rare) accidental access to a temporary.
3045 The argument against is prevents (very frequent) use of move semantics.
3047 ##### Exceptions
3049 * For non-value types, such as types in an inheritance hierarchy, return the object by `unique_ptr` or `shared_ptr`.
3050 * 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).
3051 * 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).
3053 ##### Example
3055     struct Package {      // exceptional case: expensive-to-move object
3056         char header[16];
3057         char load[2024 - 16];
3058     };
3060     Package fill();       // Bad: large return value
3061     void fill(Package&);  // OK
3063     int val();            // OK
3064     void val(int&);       // Bad: Is val reading its argument
3066 ##### Enforcement
3068 * 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.
3069 * Flag returning a `const` value. To fix: Remove `const` to return a non-`const` value instead.
3071 ### <a name="Rf-out-multi"></a>F.21: To return multiple "out" values, prefer returning a struct or tuple
3073 ##### Reason
3075 A return value is self-documenting as an "output-only" value.
3076 Note that C++ does have multiple return values, by convention of using a `tuple` (including `pair`),
3077 possibly with the extra convenience of `tie` at the call site.
3078 Prefer using a named struct where there are semantics to the returned value. Otherwise, a nameless `tuple` is useful in generic code.
3080 ##### Example
3082     // BAD: output-only parameter documented in a comment
3083     int f(const string& input, /*output only*/ string& output_data)
3084     {
3085         // ...
3086         output_data = something();
3087         return status;
3088     }
3090     // GOOD: self-documenting
3091     tuple<int, string> f(const string& input)
3092     {
3093         // ...
3094         return make_tuple(status, something());
3095     }
3097 C++98's standard library already used this style, because a `pair` is like a two-element `tuple`.
3098 For example, given a `set<string> my_set`, consider:
3100     // C++98
3101     result = my_set.insert("Hello");
3102     if (result.second) do_something_with(result.first);    // workaround
3104 With C++11 we can write this, putting the results directly in existing local variables:
3106     Sometype iter;                                // default initialize if we haven't already
3107     Someothertype success;                        // used these variables for some other purpose
3109     tie(iter, success) = my_set.insert("Hello");   // normal return value
3110     if (success) do_something_with(iter);
3112 With C++17 we are able to use "structured bindings" to declare and initialize the multiple variables:
3114     if (auto [ iter, success ] = my_set.insert("Hello"); success) do_something_with(iter);
3116 ##### Exception
3118 Sometimes, we need to pass an object to a function to manipulate its state.
3119 In such cases, passing the object by reference [`T&`](#Rf-inout) is usually the right technique.
3120 Explicitly passing an in-out parameter back out again as a return value is often not necessary.
3121 For example:
3123     istream& operator>>(istream& is, string& s);    // much like std::operator>>()
3125     for (string s; cin >> s; ) {
3126         // do something with line
3127     }
3129 Here, both `s` and `cin` are used as in-out parameters.
3130 We pass `cin` by (non-`const`) reference to be able to manipulate its state.
3131 We pass `s` to avoid repeated allocations.
3132 By reusing `s` (passed by reference), we allocate new memory only when we need to expand `s`'s capacity.
3133 This technique is sometimes called the "caller-allocated out" pattern and is particularly useful for types,
3134 such as `string` and `vector`, that needs to do free store allocations.
3136 To compare, if we passed out all values as return values, we would something like this:
3138     pair<istream&, string> get_string(istream& is);  // not recommended
3139     {
3140         string s;
3141         is >> s;
3142         return {is, s};
3143     }
3145     for (auto p = get_string(cin); p.first; ) {
3146         // do something with p.second
3147     }
3149 We consider that significantly less elegant with significantly less performance.
3151 For a truly strict reading of this rule (F.21), the exception isn't really an exception because it relies on in-out parameters,
3152 rather than the plain out parameters mentioned in the rule.
3153 However, we prefer to be explicit, rather than subtle.
3155 ##### Note
3157 In many cases, it may be useful to return a specific, user-defined type.
3158 For example:
3160     struct Distance {
3161         int value;
3162         int unit = 1;   // 1 means meters
3163     };
3165     Distance d1 = measure(obj1);        // access d1.value and d1.unit
3166     auto d2 = measure(obj2);            // access d2.value and d2.unit
3167     auto [value, unit] = measure(obj3); // access value and unit; somewhat redundant
3168                                         // to people who know measure()
3169     auto [x, y] = measure(obj4);        // don't; it's likely to be confusing
3171 The overly-generic `pair` and `tuple` should be used only when the value returned represents independent entities rather than an abstraction.
3173 Another example, use a specific type along the lines of `variant<T, error_code>`, rather than using the generic `tuple`.
3175 ##### Enforcement
3177 * Output parameters should be replaced by return values.
3178   An output parameter is one that the function writes to, invokes a non-`const` member function, or passes on as a non-`const`.
3180 ### <a name="Rf-ptr"></a>F.22: Use `T*` or `owner<T*>` to designate a single object
3182 ##### Reason
3184 Readability: it makes the meaning of a plain pointer clear.
3185 Enables significant tool support.
3187 ##### Note
3189 In traditional C and C++ code, plain `T*` is used for many weakly-related purposes, such as:
3191 * Identify a (single) object (not to be deleted by this function)
3192 * Point to an object allocated on the free store (and delete it later)
3193 * Hold the `nullptr`
3194 * Identify a C-style string (zero-terminated array of characters)
3195 * Identify an array with a length specified separately
3196 * Identify a location in an array
3198 This makes it hard to understand what the code does and is supposed to do.
3199 It complicates checking and tool support.
3201 ##### Example
3203     void use(int* p, int n, char* s, int* q)
3204     {
3205         p[n - 1] = 666; // Bad: we don't know if p points to n elements;
3206                         // assume it does not or use span<int>
3207         cout << s;      // Bad: we don't know if that s points to a zero-terminated array of char;
3208                         // assume it does not or use zstring
3209         delete q;       // Bad: we don't know if *q is allocated on the free store;
3210                         // assume it does not or use owner
3211     }
3213 better
3215     void use2(span<int> p, zstring s, owner<int*> q)
3216     {
3217         p[p.size() - 1] = 666; // OK, a range error can be caught
3218         cout << s; // OK
3219         delete q;  // OK
3220     }
3222 ##### Note
3224 `owner<T*>` represents ownership, `zstring` represents a C-style string.
3226 **Also**: Assume that a `T*` obtained from a smart pointer to `T` (e.g., `unique_ptr<T>`) points to a single element.
3228 **See also**: [Support library](#S-gsl)
3230 **See also**: [Do not pass an array as a single pointer](#Ri-array)
3232 ##### Enforcement
3234 * (Simple) ((Bounds)) Warn for any arithmetic operation on an expression of pointer type that results in a value of pointer type.
3236 ### <a name="Rf-nullptr"></a>F.23: Use a `not_null<T>` to indicate that "null" is not a valid value
3238 ##### Reason
3240 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.
3241 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`.
3243 ##### Example
3245 `not_null<T*>` makes it obvious to a reader (human or machine) that a test for `nullptr` is not necessary before dereference.
3246 Additionally, when debugging, `owner<T*>` and `not_null<T>` can be instrumented to check for correctness.
3248 Consider:
3250     int length(Record* p);
3252 When I call `length(p)` should I check if `p` is `nullptr` first? Should the implementation of `length()` check if `p` is `nullptr`?
3254     // it is the caller's job to make sure p != nullptr
3255     int length(not_null<Record*> p);
3257     // the implementor of length() must assume that p == nullptr is possible
3258     int length(Record* p);
3260 ##### Note
3262 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).
3264 ##### Note
3266 `not_null` is not just for built-in pointers. It works for `unique_ptr`, `shared_ptr`, and other pointer-like types.
3268 ##### Enforcement
3270 * (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.
3271 * (Simple) Error if a raw pointer is sometimes dereferenced after first being tested against `nullptr` (or equivalent) within the function and sometimes is not.
3272 * (Simple) Warn if a `not_null` pointer is tested against `nullptr` within a function.
3274 ### <a name="Rf-range"></a>F.24: Use a `span<T>` or a `span_p<T>` to designate a half-open sequence
3276 ##### Reason
3278 Informal/non-explicit ranges are a source of errors.
3280 ##### Example
3282     X* find(span<X> r, const X& v);    // find v in r
3284     vector<X> vec;
3285     // ...
3286     auto p = find({vec.begin(), vec.end()}, X{});  // find X{} in vec
3288 ##### Note
3290 Ranges are extremely common in C++ code. Typically, they are implicit and their correct use is very hard to ensure.
3291 In particular, given a pair of arguments `(p, n)` designating an array `[p:p+n)`,
3292 it is in general impossible to know if there really are `n` elements to access following `*p`.
3293 `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.
3295 ##### Example
3297 A `span` represents a range of elements, but how do we manipulate elements of that range?
3299     void f(span<int> s)
3300     {
3301         // range traversal (guaranteed correct)
3302         for (int x : s) cout << x << '\n';
3304         // C-style traversal (potentially checked)
3305         for (gsl::index i = 0; i < s.size(); ++i) cout << s[i] << '\n';
3307         // random access (potentially checked)
3308         s[7] = 9;
3310         // extract pointers (potentially checked)
3311         std::sort(&s[0], &s[s.size() / 2]);
3312     }
3314 ##### Note
3316 A `span<T>` object does not own its elements and is so small that it can be passed by value.
3318 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.
3320 **See also**: [Support library](#S-gsl)
3322 ##### Enforcement
3324 (Complex) Warn where accesses to pointer parameters are bounded by other parameters that are integral types and suggest they could use `span` instead.
3326 ### <a name="Rf-zstring"></a>F.25: Use a `zstring` or a `not_null<zstring>` to designate a C-style string
3328 ##### Reason
3330 C-style strings are ubiquitous. They are defined by convention: zero-terminated arrays of characters.
3331 We must distinguish C-style strings from a pointer to a single character or an old-fashioned pointer to an array of characters.
3333 If you don't need null termination, use `string_view`.
3335 ##### Example
3337 Consider:
3339     int length(const char* p);
3341 When I call `length(s)` should I check if `s` is `nullptr` first? Should the implementation of `length()` check if `p` is `nullptr`?
3343     // the implementor of length() must assume that p == nullptr is possible
3344     int length(zstring p);
3346     // it is the caller's job to make sure p != nullptr
3347     int length(not_null<zstring> p);
3349 ##### Note
3351 `zstring` does not represent ownership.
3353 **See also**: [Support library](#S-gsl)
3355 ### <a name="Rf-unique_ptr"></a>F.26: Use a `unique_ptr<T>` to transfer ownership where a pointer is needed
3357 ##### Reason
3359 Using `unique_ptr` is the cheapest way to pass a pointer safely.
3361 **See also**: [C.50](#Rc-factory) regarding when to return a `shared_ptr` from a factory.
3363 ##### Example
3365     unique_ptr<Shape> get_shape(istream& is)  // assemble shape from input stream
3366     {
3367         auto kind = read_header(is); // read header and identify the next shape on input
3368         switch (kind) {
3369         case kCircle:
3370             return make_unique<Circle>(is);
3371         case kTriangle:
3372             return make_unique<Triangle>(is);
3373         // ...
3374         }
3375     }
3377 ##### Note
3379 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).
3381 ##### Enforcement
3383 (Simple) Warn if a function returns a locally allocated raw pointer. Suggest using either `unique_ptr` or `shared_ptr` instead.
3385 ### <a name="Rf-shared_ptr"></a>F.27: Use a `shared_ptr<T>` to share ownership
3387 ##### Reason
3389 Using `std::shared_ptr` is the standard way to represent shared ownership. That is, the last owner deletes the object.
3391 ##### Example
3393     shared_ptr<const Image> im { read_image(somewhere) };
3395     std::thread t0 {shade, args0, top_left, im};
3396     std::thread t1 {shade, args1, top_right, im};
3397     std::thread t2 {shade, args2, bottom_left, im};
3398     std::thread t3 {shade, args3, bottom_right, im};
3400     // detach threads
3401     // last thread to finish deletes the image
3403 ##### Note
3405 Prefer a `unique_ptr` over a `shared_ptr` if there is never more than one owner at a time.
3406 `shared_ptr` is for shared ownership.
3408 Note that pervasive use of `shared_ptr` has a cost (atomic operations on the `shared_ptr`'s reference count have a measurable aggregate cost).
3410 ##### Alternative
3412 Have a single object own the shared object (e.g. a scoped object) and destroy that (preferably implicitly) when all users have completed.
3414 ##### Enforcement
3416 (Not enforceable) This is a too complex pattern to reliably detect.
3418 ### <a name="Rf-ptr-ref"></a>F.60: Prefer `T*` over `T&` when "no argument" is a valid option
3420 ##### Reason
3422 A pointer (`T*`) can be a `nullptr` and a reference (`T&`) cannot, there is no valid "null reference".
3423 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.
3425 ##### Example
3427     string zstring_to_string(zstring p) // zstring is a char*; that is a C-style string
3428     {
3429         if (!p) return string{};    // p might be nullptr; remember to check
3430         return string{p};
3431     }
3433     void print(const vector<int>& r)
3434     {
3435         // r refers to a vector<int>; no check needed
3436     }
3438 ##### Note
3440 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;`).
3441 That error is very uncommon.
3443 ##### Note
3445 If you prefer the pointer notation (`->` and/or `*` vs. `.`), `not_null<T*>` provides the same guarantee as `T&`.
3447 ##### Enforcement
3449 * Flag ???
3451 ### <a name="Rf-return-ptr"></a>F.42: Return a `T*` to indicate a position (only)
3453 ##### Reason
3455 That's what pointers are good for.
3456 Returning a `T*` to transfer ownership is a misuse.
3458 ##### Example
3460     Node* find(Node* t, const string& s)  // find s in a binary tree of Nodes
3461     {
3462         if (!t || t->name == s) return t;
3463         if ((auto p = find(t->left, s))) return p;
3464         if ((auto p = find(t->right, s))) return p;
3465         return nullptr;
3466     }
3468 If it isn't the `nullptr`, the pointer returned by `find` indicates a `Node` holding `s`.
3469 Importantly, that does not imply a transfer of ownership of the pointed-to object to the caller.
3471 ##### Note
3473 Positions can also be transferred by iterators, indices, and references.
3474 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](???).
3476 ##### Note
3478 Do not return a pointer to something that is not in the caller's scope; see [F.43](#Rf-dangle).
3480 **See also**: [discussion of dangling pointer prevention](#???)
3482 ##### Enforcement
3484 * Flag `delete`, `std::free()`, etc. applied to a plain `T*`.
3485 Only owners should be deleted.
3486 * Flag `new`, `malloc()`, etc. assigned to a plain `T*`.
3487 Only owners should be responsible for deletion.
3489 ### <a name="Rf-dangle"></a>F.43: Never (directly or indirectly) return a pointer or a reference to a local object
3491 ##### Reason
3493 To avoid the crashes and data corruption that can result from the use of such a dangling pointer.
3495 ##### Example, bad
3497 After the return from a function its local objects no longer exist:
3499     int* f()
3500     {
3501         int fx = 9;
3502         return &fx;  // BAD
3503     }
3505     void g(int* p)   // looks innocent enough
3506     {
3507         int gx;
3508         cout << "*p == " << *p << '\n';
3509         *p = 999;
3510         cout << "gx == " << gx << '\n';
3511     }
3513     void h()
3514     {
3515         int* p = f();
3516         int z = *p;  // read from abandoned stack frame (bad)
3517         g(p);        // pass pointer to abandoned stack frame to function (bad)
3518     }
3520 Here on one popular implementation I got the output:
3522     *p == 999
3523     gx == 999
3525 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`.
3527 * Imagine what would happen if `fx` and `gx` were of different types.
3528 * Imagine what would happen if `fx` or `gx` was a type with an invariant.
3529 * Imagine what would happen if more that dangling pointer was passed around among a larger set of functions.
3530 * Imagine what a cracker could do with that dangling pointer.
3532 Fortunately, most (all?) modern compilers catch and warn against this simple case.
3534 ##### Note
3536 This applies to references as well:
3538     int& f()
3539     {
3540         int x = 7;
3541         // ...
3542         return x;  // Bad: returns reference to object that is about to be destroyed
3543     }
3545 ##### Note
3547 This applies only to non-`static` local variables.
3548 All `static` variables are (as their name indicates) statically allocated, so that pointers to them cannot dangle.
3550 ##### Example, bad
3552 Not all examples of leaking a pointer to a local variable are that obvious:
3554     int* glob;       // global variables are bad in so many ways
3556     template<class T>
3557     void steal(T x)
3558     {
3559         glob = x();  // BAD
3560     }
3562     void f()
3563     {
3564         int i = 99;
3565         steal([&] { return &i; });
3566     }
3568     int main()
3569     {
3570         f();
3571         cout << *glob << '\n';
3572     }
3574 Here I managed to read the location abandoned by the call of `f`.
3575 The pointer stored in `glob` could be used much later and cause trouble in unpredictable ways.
3577 ##### Note
3579 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.
3581 ##### Note
3583 Similar examples can be constructed "leaking" a pointer from an inner scope to an outer one;
3584 such examples are handled equivalently to leaks of pointers out of a function.
3586 A slightly different variant of the problem is placing pointers in a container that outlives the objects pointed to.
3588 **See also**: Another way of getting dangling pointers is [pointer invalidation](#???).
3589 It can be detected/prevented with similar techniques.
3591 ##### Enforcement
3593 * Compilers tend to catch return of reference to locals and could in many cases catch return of pointers to locals.
3594 * Static analysis can catch many common patterns of the use of pointers indicating positions (thus eliminating dangling pointers)
3596 ### <a name="Rf-return-ref"></a>F.44: Return a `T&` when copy is undesirable and "returning no object" isn't needed
3598 ##### Reason
3600 The language guarantees that a `T&` refers to an object, so that testing for `nullptr` isn't necessary.
3602 **See also**: The return of a reference must not imply transfer of ownership:
3603 [discussion of dangling pointer prevention](#???) and [discussion of ownership](#???).
3605 ##### Example
3607     class Car
3608     {
3609         array<wheel, 4> w;
3610         // ...
3611     public:
3612         wheel& get_wheel(int i) { Expects(i < w.size()); return w[i]; }
3613         // ...
3614     };
3616     void use()
3617     {
3618         Car c;
3619         wheel& w0 = c.get_wheel(0); // w0 has the same lifetime as c
3620     }
3622 ##### Enforcement
3624 Flag functions where no `return` expression could yield `nullptr`
3626 ### <a name="Rf-return-ref-ref"></a>F.45: Don't return a `T&&`
3628 ##### Reason
3630 It's asking to return a reference to a destroyed temporary object.
3631 A `&&` is a magnet for temporary objects.
3633 ##### Example
3635 A returned rvalue reference goes out of scope at the end of the full expression to which it is returned:
3637     auto&& x = max(0, 1);   // OK, so far
3638     foo(x);                 // Undefined behavior
3640 This kind of use is a frequent source of bugs, often incorrectly reported as a compiler bug.
3641 An implementer of a function should avoid setting such traps for users.
3643 The [lifetime safety profile](#SS-lifetime) will (when completely implemented) catch such problems.
3646 ##### Example
3648 Returning an rvalue reference is fine when the reference to the temporary is being passed "downward" to a callee;
3649 then, the temporary is guaranteed to outlive the function call (see [F.18](#Rf-consume) and [F.19](#Rf-forward)).
3650 However, it's not fine when passing such a reference "upward" to a larger caller scope.
3651 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&&`).
3653 Assume that `F` returns by value:
3655     template<class F>
3656     auto&& wrapper(F f)
3657     {
3658         log_call(typeid(f)); // or whatever instrumentation
3659         return f();          // BAD: returns a reference to a temporary
3660     }
3662 Better:
3664     template<class F>
3665     auto wrapper(F f)
3666     {
3667         log_call(typeid(f)); // or whatever instrumentation
3668         return f();          // OK
3669     }
3672 ##### Exception
3674 `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 `&&`.
3676 ##### Enforcement
3678 Flag any use of `&&` as a return type, except in `std::move` and `std::forward`.
3680 ### <a name="Rf-main"></a>F.46: `int` is the return type for `main()`
3682 ##### Reason
3684 It's a language rule, but violated through "language extensions" so often that it is worth mentioning.
3685 Declaring `main` (the one global `main` of a program) `void` limits portability.
3687 ##### Example
3689         void main() { /* ... */ };  // bad, not C++
3691         int main()
3692         {
3693             std::cout << "This is the way to do it\n";
3694         }
3696 ##### Note
3698 We mention this only because of the persistence of this error in the community.
3700 ##### Enforcement
3702 * The compiler should do it
3703 * If the compiler doesn't do it, let tools flag it
3705 ### <a name="Rf-assignment-op"></a>F.47: Return `T&` from assignment operators
3707 ##### Reason
3709 The convention for operator overloads (especially on value types) is for
3710 `operator=(const T&)` to perform the assignment and then return (non-`const`)
3711 `*this`.  This ensures consistency with standard-library types and follows the
3712 principle of "do as the ints do."
3714 ##### Note
3716 Historically there was some guidance to make the assignment operator return `const T&`.
3717 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.
3719 ##### Example
3721     class Foo
3722     {
3723      public:
3724         ...
3725         Foo& operator=(const Foo& rhs) {
3726           // Copy members.
3727           ...
3728           return *this;
3729         }
3730     };
3732 ##### Enforcement
3734 This should be enforced by tooling by checking the return type (and return
3735 value) of any assignment operator.
3738 ### <a name="Rf-return-move-local"></a>F.48: Don't `return std::move(local)`
3740 ##### Reason
3742 With guaranteed copy elision, it is now almost always a pessimization to expressly use `std::move` in a return statement.
3744 ##### Example, bad
3746     S f()
3747     {
3748       S result;
3749       return std::move(result);
3750     }
3752 ##### Example, good
3754     S f()
3755     {
3756       S result;
3757       return result;
3758     }
3760 ##### Enforcement
3762 This should be enforced by tooling by checking the return expression .
3765 ### <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)
3767 ##### Reason
3769 Functions can't capture local variables or be defined 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.
3771 ##### Example
3773     // writing a function that should only take an int or a string
3774     // -- overloading is natural
3775     void f(int);
3776     void f(const string&);
3778     // writing a function object that needs to capture local state and appear
3779     // at statement or expression scope -- a lambda is natural
3780     vector<work> v = lots_of_work();
3781     for (int tasknum = 0; tasknum < max; ++tasknum) {
3782         pool.run([=, &v]{
3783             /*
3784             ...
3785             ... process 1 / max - th of v, the tasknum - th chunk
3786             ...
3787             */
3788         });
3789     }
3790     pool.join();
3792 ##### Exception
3794 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.
3796 ##### Enforcement
3798 * 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.
3800 ### <a name="Rf-default-args"></a>F.51: Where there is a choice, prefer default arguments over overloading
3802 ##### Reason
3804 Default arguments simply provide alternative interfaces to a single implementation.
3805 There is no guarantee that a set of overloaded functions all implement the same semantics.
3806 The use of default arguments can avoid code replication.
3808 ##### Note
3810 There is a choice between using default argument and overloading when the alternatives are from a set of arguments of the same types.
3811 For example:
3813     void print(const string& s, format f = {});
3815 as opposed to
3817     void print(const string& s);  // use default format
3818     void print(const string& s, format f);
3820 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:
3822     void print(const char&);
3823     void print(int);
3824     void print(zstring);
3826 ##### See also
3829 [Default arguments for virtual functions](#Rh-virtual-default-arg)
3831 ##### Enforcement
3833 * Warn on an overload set where the overloads have a common prefix of parameters (e.g., `f(int)`, `f(int, const string&)`, `f(int, const string&, double)`). (Note: Review this enforcement if it's too noisy in practice.)
3835 ### <a name="Rf-reference-capture"></a>F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms
3837 ##### Reason
3839 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.
3841 ##### Discussion
3843 The efficiency consideration is that most types are cheaper to pass by reference than by value.
3845 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.
3847 ##### Note
3849 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.
3851 ##### Example
3853 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):
3855     std::for_each(begin(sockets), end(sockets), [&message](auto& socket)
3856     {
3857         socket.send(message);
3858     });
3860 ##### Example
3862 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.
3864     void send_packets(buffers& bufs)
3865     {
3866         stage encryptor([] (buffer& b){ encrypt(b); });
3867         stage compressor([&](buffer& b){ compress(b); encryptor.process(b); });
3868         stage decorator([&](buffer& b){ decorate(b); compressor.process(b); });
3869         for (auto& b : bufs) { decorator.process(b); }
3870     }  // automatically blocks waiting for pipeline to finish
3872 ##### Enforcement
3874 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.)
3876 ### <a name="Rf-value-capture"></a>F.53: Avoid capturing by reference in lambdas that will be used non-locally, including returned, stored on the heap, or passed to another thread
3878 ##### Reason
3880 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.
3882 ##### Example, bad
3884     int local = 42;
3886     // Want a reference to local.
3887     // Note, that after program exits this scope,
3888     // local no longer exists, therefore
3889     // process() call will have undefined behavior!
3890     thread_pool.queue_work([&]{ process(local); });
3892 ##### Example, good
3894     int local = 42;
3895     // Want a copy of local.
3896     // Since a copy of local is made, it will
3897     // always be available for the call.
3898     thread_pool.queue_work([=]{ process(local); });
3900 ##### Enforcement
3902 * (Simple) Warn when capture-list contains a reference to a locally declared variable
3903 * (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
3905 ### <a name="Rf-this-capture"></a>F.54: If you capture `this`, capture all variables explicitly (no default capture)
3907 ##### Reason
3909 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.
3911 ##### Example
3913     class My_class {
3914         int x = 0;
3915         // ...
3917         void f() {
3918             int i = 0;
3919             // ...
3921             auto lambda = [=]{ use(i, x); };   // BAD: "looks like" copy/value capture
3922             // [&] has identical semantics and copies the this pointer under the current rules
3923             // [=,this] and [&,this] are not much better, and confusing
3925             x = 42;
3926             lambda(); // calls use(0, 42);
3927             x = 43;
3928             lambda(); // calls use(0, 43);
3930             // ...
3932             auto lambda2 = [i, this]{ use(i, x); }; // ok, most explicit and least confusing
3934             // ...
3935         }
3936     };
3938 ##### Note
3940 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.
3942 ##### Enforcement
3944 * Flag any lambda capture-list that specifies a default capture and also captures `this` (whether explicitly or via default capture)
3946 ### <a name="F-varargs"></a>F.55: Don't use `va_arg` arguments
3948 ##### Reason
3950 Reading from a `va_arg` assumes that the correct type was actually passed.
3951 Passing to varargs assumes the correct type will be read.
3952 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.
3954 ##### Example
3956     int sum(...) {
3957         // ...
3958         while (/*...*/)
3959             result += va_arg(list, int); // BAD, assumes it will be passed ints
3960         // ...
3961     }
3963     sum(3, 2); // ok
3964     sum(3.14159, 2.71828); // BAD, undefined
3966     template<class ...Args>
3967     auto sum(Args... args) { // GOOD, and much more flexible
3968         return (... + args); // note: C++17 "fold expression"
3969     }
3971     sum(3, 2); // ok: 5
3972     sum(3.14159, 2.71828); // ok: ~5.85987
3974 ##### Alternatives
3976 * overloading
3977 * variadic templates
3978 * `variant` arguments
3979 * `initializer_list` (homogeneous)
3981 ##### Note
3983 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.
3985 ##### Enforcement
3987 * Issue a diagnostic for using `va_list`, `va_start`, or `va_arg`.
3988 * 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)]]`.
3990 # <a name="S-class"></a>C: Classes and class hierarchies
3992 A class is a user-defined type, for which a programmer can define the representation, operations, and interfaces.
3993 Class hierarchies are used to organize related classes into hierarchical structures.
3995 Class rule summary:
3997 * [C.1: Organize related data into structures (`struct`s or `class`es)](#Rc-org)
3998 * [C.2: Use `class` if the class has an invariant; use `struct` if the data members can vary independently](#Rc-struct)
3999 * [C.3: Represent the distinction between an interface and an implementation using a class](#Rc-interface)
4000 * [C.4: Make a function a member only if it needs direct access to the representation of a class](#Rc-member)
4001 * [C.5: Place helper functions in the same namespace as the class they support](#Rc-helper)
4002 * [C.7: Don't define a class or enum and declare a variable of its type in the same statement](#Rc-standalone)
4003 * [C.8: Use `class` rather than `struct` if any member is non-public](#Rc-class)
4004 * [C.9: Minimize exposure of members](#Rc-private)
4006 Subsections:
4008 * [C.concrete: Concrete types](#SS-concrete)
4009 * [C.ctor: Constructors, assignments, and destructors](#S-ctor)
4010 * [C.con: Containers and other resource handles](#SS-containers)
4011 * [C.lambdas: Function objects and lambdas](#SS-lambdas)
4012 * [C.hier: Class hierarchies (OOP)](#SS-hier)
4013 * [C.over: Overloading and overloaded operators](#SS-overload)
4014 * [C.union: Unions](#SS-union)
4016 ### <a name="Rc-org"></a>C.1: Organize related data into structures (`struct`s or `class`es)
4018 ##### Reason
4020 Ease of comprehension.
4021 If data is related (for fundamental reasons), that fact should be reflected in code.
4023 ##### Example
4025     void draw(int x, int y, int x2, int y2);  // BAD: unnecessary implicit relationships
4026     void draw(Point from, Point to);          // better
4028 ##### Note
4030 A simple class without virtual functions implies no space or time overhead.
4032 ##### Note
4034 From a language perspective `class` and `struct` differ only in the default visibility of their members.
4036 ##### Enforcement
4038 Probably impossible. Maybe a heuristic looking for data items used together is possible.
4040 ### <a name="Rc-struct"></a>C.2: Use `class` if the class has an invariant; use `struct` if the data members can vary independently
4042 ##### Reason
4044 Readability.
4045 Ease of comprehension.
4046 The use of `class` alerts the programmer to the need for an invariant.
4047 This is a useful convention.
4049 ##### Note
4051 An invariant is a logical condition for the members of an object that a constructor must establish for the public member functions to assume.
4052 After the invariant is established (typically by a constructor) every member function can be called for the object.
4053 An invariant can be stated informally (e.g., in a comment) or more formally using `Expects`.
4055 If all data members can vary independently of each other, no invariant is possible.
4057 ##### Example
4059     struct Pair {  // the members can vary independently
4060         string name;
4061         int volume;
4062     };
4064 but:
4066     class Date {
4067     public:
4068         // validate that {yy, mm, dd} is a valid date and initialize
4069         Date(int yy, Month mm, char dd);
4070         // ...
4071     private:
4072         int y;
4073         Month m;
4074         char d;    // day
4075     };
4077 ##### Note
4079 If a class has any `private` data, a user cannot completely initialize an object without the use of a constructor.
4080 Hence, the class definer will provide a constructor and must specify its meaning.
4081 This effectively means the definer need to define an invariant.
4083 **See also**:
4085 * [define a class with private data as `class`](#Rc-class)
4086 * [Prefer to place the interface first in a class](#Rl-order)
4087 * [minimize exposure of members](#Rc-private)
4088 * [Avoid `protected` data](#Rh-protected)
4090 ##### Enforcement
4092 Look for `struct`s with all data private and `class`es with public members.
4094 ### <a name="Rc-interface"></a>C.3: Represent the distinction between an interface and an implementation using a class
4096 ##### Reason
4098 An explicit distinction between interface and implementation improves readability and simplifies maintenance.
4100 ##### Example
4102     class Date {
4103     public:
4104         Date();
4105         // validate that {yy, mm, dd} is a valid date and initialize
4106         Date(int yy, Month mm, char dd);
4108         int day() const;
4109         Month month() const;
4110         // ...
4111     private:
4112         // ... some representation ...
4113     };
4115 For example, we can now change the representation of a `Date` without affecting its users (recompilation is likely, though).
4117 ##### Note
4119 Using a class in this way to represent the distinction between interface and implementation is of course not the only way.
4120 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.
4121 The most important issue is to explicitly distinguish between an interface and its implementation "details."
4122 Ideally, and typically, an interface is far more stable than its implementation(s).
4124 ##### Enforcement
4128 ### <a name="Rc-member"></a>C.4: Make a function a member only if it needs direct access to the representation of a class
4130 ##### Reason
4132 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.
4134 ##### Example
4136     class Date {
4137         // ... relatively small interface ...
4138     };
4140     // helper functions:
4141     Date next_weekday(Date);
4142     bool operator==(Date, Date);
4144 The "helper functions" have no need for direct access to the representation of a `Date`.
4146 ##### Note
4148 This rule becomes even better if C++ gets ["uniform function call"](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0251r0.pdf).
4150 ##### Exception
4152 The language requires `virtual` functions to be members, and not all `virtual` functions directly access data.
4153 In particular, members of an abstract class rarely do.
4155 Note [multi-methods](https://parasol.tamu.edu/~yuriys/papers/OMM10.pdf).
4157 ##### Exception
4159 The language requires operators `=`, `()`, `[]`, and `->` to be members.
4161 ##### Exception
4163 An overload set may have some members that do not directly access `private` data:
4165     class Foobar {
4166     public:
4167         void foo(long x)    { /* manipulate private data */ }
4168         void foo(double x) { foo(std::lround(x)); }
4169         // ...
4170     private:
4171         // ...
4172     };
4174 ##### Exception
4176 Similarly, a set of functions may be designed to be used in a chain:
4178     x.scale(0.5).rotate(45).set_color(Color::red);
4180 Typically, some but not all of such functions directly access `private` data.
4182 ##### Enforcement
4184 * Look for non-`virtual` member functions that do not touch data members directly.
4185 The snag is that many member functions that do not need to touch data members directly do.
4186 * Ignore `virtual` functions.
4187 * Ignore functions that are part of an overload set out of which at least one function accesses `private` members.
4188 * Ignore functions returning `this`.
4190 ### <a name="Rc-helper"></a>C.5: Place helper functions in the same namespace as the class they support
4192 ##### Reason
4194 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.
4195 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.
4197 ##### Example
4199     namespace Chrono { // here we keep time-related services
4201         class Time { /* ... */ };
4202         class Date { /* ... */ };
4204         // helper functions:
4205         bool operator==(Date, Date);
4206         Date next_weekday(Date);
4207         // ...
4208     }
4210 ##### Note
4212 This is especially important for [overloaded operators](#Ro-namespace).
4214 ##### Enforcement
4216 * Flag global functions taking argument types from a single namespace.
4218 ### <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
4220 ##### Reason
4222 Mixing a type definition and the definition of another entity in the same declaration is confusing and unnecessary.
4224 ##### Example, bad
4226     struct Data { /*...*/ } data{ /*...*/ };
4228 ##### Example, good
4230     struct Data { /*...*/ };
4231     Data data{ /*...*/ };
4233 ##### Enforcement
4235 * Flag if the `}` of a class or enumeration definition is not followed by a `;`. The `;` is missing.
4237 ### <a name="Rc-class"></a>C.8: Use `class` rather than `struct` if any member is non-public
4239 ##### Reason
4241 Readability.
4242 To make it clear that something is being hidden/abstracted.
4243 This is a useful convention.
4245 ##### Example, bad
4247     struct Date {
4248         int d, m;
4250         Date(int i, Month m);
4251         // ... lots of functions ...
4252     private:
4253         int y;  // year
4254     };
4256 There is nothing wrong with this code as far as the C++ language rules are concerned,
4257 but nearly everything is wrong from a design perspective.
4258 The private data is hidden far from the public data.
4259 The data is split in different parts of the class declaration.
4260 Different parts of the data have different access.
4261 All of this decreases readability and complicates maintenance.
4263 ##### Note
4265 Prefer to place the interface first in a class, [see NL.16](#Rl-order).
4267 ##### Enforcement
4269 Flag classes declared with `struct` if there is a `private` or `protected` member.
4271 ### <a name="Rc-private"></a>C.9: Minimize exposure of members
4273 ##### Reason
4275 Encapsulation.
4276 Information hiding.
4277 Minimize the chance of unintended access.
4278 This simplifies maintenance.
4280 ##### Example
4282     template<typename T, typename U>
4283     struct pair {
4284         T a;
4285         U b;
4286         // ...
4287     };
4289 Whatever we do in the `//`-part, an arbitrary user of a `pair` can arbitrarily and independently change its `a` and `b`.
4290 In a large code base, we cannot easily find which code does what to the members of `pair`.
4291 This may be exactly what we want, but if we want to enforce a relation among members, we need to make them `private`
4292 and enforce that relation (invariant) through constructors and member functions.
4293 For example:
4295     class Distance {
4296     public:
4297         // ...
4298         double meters() const { return magnitude*unit; }
4299         void set_unit(double u)
4300         {
4301                 // ... check that u is a factor of 10 ...
4302                 // ... change magnitude appropriately ...
4303                 unit = u;
4304         }
4305         // ...
4306     private:
4307         double magnitude;
4308         double unit;    // 1 is meters, 1000 is kilometers, 0.001 is millimeters, etc.
4309     };
4311 ##### Note
4313 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.
4314 For `public` and `protected` data, that's usually the case.
4316 ##### Example
4318 A class can provide two interfaces to its users.
4319 One for derived classes (`protected`) and one for general users (`public`).
4320 For example, a derived class might be allowed to skip a run-time check because it has already guaranteed correctness:
4322     class Foo {
4323     public:
4324         int bar(int x) { check(x); return do_bar(x); }
4325         // ...
4326     protected:
4327         int do_bar(int x); // do some operation on the data
4328         // ...
4329     private:
4330         // ... data ...
4331     };
4333     class Dir : public Foo {
4334         //...
4335         int mem(int x, int y)
4336         {
4337             /* ... do something ... */
4338             return do_bar(x + y); // OK: derived class can bypass check
4339         }
4340     };
4342     void user(Foo& x)
4343     {
4344         int r1 = x.bar(1);      // OK, will check
4345         int r2 = x.do_bar(2);   // error: would bypass check
4346         // ...
4347     }
4349 ##### Note
4351 [`protected` data is a bad idea](#Rh-protected).
4353 ##### Note
4355 Prefer the order `public` members before `protected` members before `private` members [see](#Rl-order).
4357 ##### Enforcement
4359 * [Flag protected data](#Rh-protected).
4360 * Flag mixtures of `public` and private `data`
4362 ## <a name="SS-concrete"></a>C.concrete: Concrete types
4364 One ideal for a class is to be a regular type.
4365 That means roughly "behaves like an `int`." A concrete type is the simplest kind of class.
4366 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.
4367 If a concrete type has both `=` and `==`, `a = b` should result in `a == b` being `true`.
4368 Concrete classes without assignment and equality can be defined, but they are (and should be) rare.
4369 The C++ built-in types are regular, and so are standard-library classes, such as `string`, `vector`, and `map`.
4370 Concrete types are also often referred to as value types to distinguish them from types used as part of a hierarchy.
4372 Concrete type rule summary:
4374 * [C.10: Prefer concrete types over class hierarchies](#Rc-concrete)
4375 * [C.11: Make concrete types regular](#Rc-regular)
4377 ### <a name="Rc-concrete"></a>C.10: Prefer concrete types over class hierarchies
4379 ##### Reason
4381 A concrete type is fundamentally simpler than a hierarchy:
4382 easier to design, easier to implement, easier to use, easier to reason about, smaller, and faster.
4383 You need a reason (use cases) for using a hierarchy.
4385 ##### Example
4387     class Point1 {
4388         int x, y;
4389         // ... operations ...
4390         // ... no virtual functions ...
4391     };
4393     class Point2 {
4394         int x, y;
4395         // ... operations, some virtual ...
4396         virtual ~Point2();
4397     };
4399     void use()
4400     {
4401         Point1 p11 {1, 2};   // make an object on the stack
4402         Point1 p12 {p11};    // a copy
4404         auto p21 = make_unique<Point2>(1, 2);   // make an object on the free store
4405         auto p22 = p21->clone();                // make a copy
4406         // ...
4407     }
4409 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.
4410 That implies more memory overhead, more allocations and deallocations, and more run-time overhead to perform the resulting indirections.
4412 ##### Note
4414 Concrete types can be stack-allocated and be members of other classes.
4416 ##### Note
4418 The use of indirection is fundamental for run-time polymorphic interfaces.
4419 The allocation/deallocation overhead is not (that's just the most common case).
4420 We can use a base class as the interface of a scoped object of a derived class.
4421 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.
4424 ##### Enforcement
4428 ### <a name="Rc-regular"></a>C.11: Make concrete types regular
4430 ##### Reason
4432 Regular types are easier to understand and reason about than types that are not regular (irregularities requires extra effort to understand and use).
4434 ##### Example
4436     struct Bundle {
4437         string name;
4438         vector<Record> vr;
4439     };
4441     bool operator==(const Bundle& a, const Bundle& b)
4442     {
4443         return a.name == b.name && a.vr == b.vr;
4444     }
4446     Bundle b1 { "my bundle", {r1, r2, r3}};
4447     Bundle b2 = b1;
4448     if (!(b1 == b2)) error("impossible!");
4449     b2.name = "the other bundle";
4450     if (b1 == b2) error("No!");
4452 In particular, if a concrete type has an assignment also give it an equals operator so that `a = b` implies `a == b`.
4454 ##### Note
4456 Handles for resources that cannot be cloned, e.g., a `scoped_lock` for a `mutex`, resemble concrete types in that they most often are stack-allocated.
4457 However, objects of such types typically cannot be copied (instead, they can usually be moved),
4458 so they can't be `regular`; instead, they tend to be `semiregular`.
4459 Often, such types are referred to as "move-only types".
4461 ##### Enforcement
4465 ## <a name="S-ctor"></a>C.ctor: Constructors, assignments, and destructors
4467 These functions control the lifecycle of objects: creation, copy, move, and destruction.
4468 Define constructors to guarantee and simplify initialization of classes.
4470 These are *default operations*:
4472 * a default constructor: `X()`
4473 * a copy constructor: `X(const X&)`
4474 * a copy assignment: `operator=(const X&)`
4475 * a move constructor: `X(X&&)`
4476 * a move assignment: `operator=(X&&)`
4477 * a destructor: `~X()`
4479 By default, the compiler defines each of these operations if it is used, but the default can be suppressed.
4481 The default operations are a set of related operations that together implement the lifecycle semantics of an object.
4482 By default, C++ treats classes as value-like types, but not all types are value-like.
4484 Set of default operations rules:
4486 * [C.20: If you can avoid defining any default operations, do](#Rc-zero)
4487 * [C.21: If you define or `=delete` any default operation, define or `=delete` them all](#Rc-five)
4488 * [C.22: Make default operations consistent](#Rc-matched)
4490 Destructor rules:
4492 * [C.30: Define a destructor if a class needs an explicit action at object destruction](#Rc-dtor)
4493 * [C.31: All resources acquired by a class must be released by the class's destructor](#Rc-dtor-release)
4494 * [C.32: If a class has a raw pointer (`T*`) or reference (`T&`), consider whether it might be owning](#Rc-dtor-ptr)
4495 * [C.33: If a class has an owning pointer member, define or `=delete` a destructor](#Rc-dtor-ptr2)
4496 * [C.35: A base class destructor should be either public and virtual, or protected and non-virtual](#Rc-dtor-virtual)
4497 * [C.36: A destructor may not fail](#Rc-dtor-fail)
4498 * [C.37: Make destructors `noexcept`](#Rc-dtor-noexcept)
4500 Constructor rules:
4502 * [C.40: Define a constructor if a class has an invariant](#Rc-ctor)
4503 * [C.41: A constructor should create a fully initialized object](#Rc-complete)
4504 * [C.42: If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception](#Rc-throw)
4505 * [C.43: Ensure that a copyable (value type) class has a default constructor](#Rc-default0)
4506 * [C.44: Prefer default constructors to be simple and non-throwing](#Rc-default00)
4507 * [C.45: Don't define a default constructor that only initializes data members; use member initializers instead](#Rc-default)
4508 * [C.46: By default, declare single-argument constructors `explicit`](#Rc-explicit)
4509 * [C.47: Define and initialize member variables in the order of member declaration](#Rc-order)
4510 * [C.48: Prefer in-class initializers to member initializers in constructors for constant initializers](#Rc-in-class-initializer)
4511 * [C.49: Prefer initialization to assignment in constructors](#Rc-initialize)
4512 * [C.50: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization](#Rc-factory)
4513 * [C.51: Use delegating constructors to represent common actions for all constructors of a class](#Rc-delegating)
4514 * [C.52: Use inheriting constructors to import constructors into a derived class that does not need further explicit initialization](#Rc-inheriting)
4516 Copy and move rules:
4518 * [C.60: Make copy assignment non-`virtual`, take the parameter by `const&`, and return by non-`const&`](#Rc-copy-assignment)
4519 * [C.61: A copy operation should copy](#Rc-copy-semantic)
4520 * [C.62: Make copy assignment safe for self-assignment](#Rc-copy-self)
4521 * [C.63: Make move assignment non-`virtual`, take the parameter by `&&`, and return by non-`const&`](#Rc-move-assignment)
4522 * [C.64: A move operation should move and leave its source in a valid state](#Rc-move-semantic)
4523 * [C.65: Make move assignment safe for self-assignment](#Rc-move-self)
4524 * [C.66: Make move operations `noexcept`](#Rc-move-noexcept)
4525 * [C.67: A polymorphic class should suppress copying](#Rc-copy-virtual)
4527 Other default operations rules:
4529 * [C.80: Use `=default` if you have to be explicit about using the default semantics](#Rc-eqdefault)
4530 * [C.81: Use `=delete` when you want to disable default behavior (without wanting an alternative)](#Rc-delete)
4531 * [C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors](#Rc-ctor-virtual)
4532 * [C.83: For value-like types, consider providing a `noexcept` swap function](#Rc-swap)
4533 * [C.84: A `swap` may not fail](#Rc-swap-fail)
4534 * [C.85: Make `swap` `noexcept`](#Rc-swap-noexcept)
4535 * [C.86: Make `==` symmetric with respect of operand types and `noexcept`](#Rc-eq)
4536 * [C.87: Beware of `==` on base classes](#Rc-eq-base)
4537 * [C.89: Make a `hash` `noexcept`](#Rc-hash)
4538 * [C.90: Rely on constructors and assignment operators, not memset and memcpy](#Rc-memset)
4540 ## <a name="SS-defop"></a>C.defop: Default Operations
4542 By default, the language supplies the default operations with their default semantics.
4543 However, a programmer can disable or replace these defaults.
4545 ### <a name="Rc-zero"></a>C.20: If you can avoid defining default operations, do
4547 ##### Reason
4549 It's the simplest and gives the cleanest semantics.
4551 ##### Example
4553     struct Named_map {
4554     public:
4555         // ... no default operations declared ...
4556     private:
4557         string name;
4558         map<int, int> rep;
4559     };
4561     Named_map nm;        // default construct
4562     Named_map nm2 {nm};  // copy construct
4564 Since `std::map` and `string` have all the special functions, no further work is needed.
4566 ##### Note
4568 This is known as "the rule of zero".
4570 ##### Enforcement
4572 (Not enforceable) While not enforceable, a good static analyzer can detect patterns that indicate a possible improvement to meet this rule.
4573 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`.
4575 ### <a name="Rc-five"></a>C.21: If you define or `=delete` any default operation, define or `=delete` them all
4577 ##### Reason
4579 The *special member functions* are the default constructor, copy constructor,
4580 copy assignment operator, move constructor, move assignment operator, and
4581 destructor.
4583 The semantics of the special functions are closely related, so if one needs to be declared, the odds are that others need consideration too.
4585 Declaring any special member function except a default constructor,
4586 even as `=default` or `=delete`, will suppress the implicit declaration
4587 of a move constructor and move assignment operator.
4588 Declaring a move constructor or move assignment operator, even as
4589 `=default` or `=delete`, will cause an implicitly generated copy constructor
4590 or implicitly generated copy assignment operator to be defined as deleted.
4591 So as soon as any of the special functions is declared, the others should
4592 all be declared to avoid unwanted effects like turning all potential moves
4593 into more expensive copies, or making a class move-only.
4595 ##### Example, bad
4597     struct M2 {   // bad: incomplete set of default operations
4598     public:
4599         // ...
4600         // ... no copy or move operations ...
4601         ~M2() { delete[] rep; }
4602     private:
4603         pair<int, int>* rep;  // zero-terminated set of pairs
4604     };
4606     void use()
4607     {
4608         M2 x;
4609         M2 y;
4610         // ...
4611         x = y;   // the default assignment
4612         // ...
4613     }
4615 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).
4617 ##### Note
4619 This is known as "the rule of five" or "the rule of six", depending on whether you count the default constructor.
4621 ##### Note
4623 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.
4624 If you don't want a default operation, suppress it with `=delete`.
4626 ##### Example, good
4628 When a destructor needs to be declared just to make it `virtual`, it can be
4629 defined as defaulted. To avoid suppressing the implicit move operations
4630 they must also be declared, and then to avoid the class becoming move-only
4631 (and not copyable) the copy operations must be declared:
4633     class AbstractBase {
4634     public:
4635       virtual ~AbstractBase() = default;
4636       AbstractBase(const AbstractBase&) = default;
4637       AbstractBase& operator=(const AbstractBase&) = default;
4638       AbstractBase(AbstractBase&&) = default;
4639       AbstractBase& operator=(AbstractBase&&) = default;
4640     };
4642 Alternatively to prevent slicing as per [C.67](#Rc-copy-virtual),
4643 the copy and move operations can all be deleted:
4645     class ClonableBase {
4646     public:
4647       virtual unique_ptr<ClonableBase> clone() const;
4648       virtual ~ClonableBase() = default;
4649       ClonableBase(const ClonableBase&) = delete;
4650       ClonableBase& operator=(const ClonableBase&) = delete;
4651       ClonableBase(ClonableBase&&) = delete;
4652       ClonableBase& operator=(ClonableBase&&) = delete;
4653     };
4655 Defining only the move operations or only the copy operations would have the
4656 same effect here, but stating the intent explicitly for each special member
4657 makes it more obvious to the reader.
4659 ##### Note
4661 Compilers enforce much of this rule and ideally warn about any violation.
4663 ##### Note
4665 Relying on an implicitly generated copy operation in a class with a destructor is deprecated.
4667 ##### Note
4669 Writing the six special member functions can be error prone.
4670 Note their argument types:
4672     class X {
4673     public:
4674         // ...
4675         virtual ~X() = default;            // destructor (virtual if X is meant to be a base class)
4676         X(const X&) = default;             // copy constructor
4677         X& operator=(const X&) = default;  // copy assignment
4678         X(X&&) = default;                  // move constructor
4679         X& operator=(X&&) = default;       // move assignment
4680     };
4682 A minor mistake (such as a misspelling, leaving out a `const`, using `&` instead of `&&`, or leaving out a special function) can lead to errors or warnings.
4683 To avoid the tedium and the possibility of errors, try to follow the [rule of zero](#Rc-zero).
4685 ##### Enforcement
4687 (Simple) A class should have a declaration (even a `=delete` one) for either all or none of the special functions.
4689 ### <a name="Rc-matched"></a>C.22: Make default operations consistent
4691 ##### Reason
4693 The default operations are conceptually a matched set. Their semantics are interrelated.
4694 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.
4696 ##### Example, bad
4698     class Silly {   // BAD: Inconsistent copy operations
4699         class Impl {
4700             // ...
4701         };
4702         shared_ptr<Impl> p;
4703     public:
4704         Silly(const Silly& a) : p(make_shared<Impl>()) { *p = *a.p; }   // deep copy
4705         Silly& operator=(const Silly& a) { p = a.p; }   // shallow copy
4706         // ...
4707     };
4709 These operations disagree about copy semantics. This will lead to confusion and bugs.
4711 ##### Enforcement
4713 * (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.
4714 * (Complex) Any member variables written in a copy/move constructor should also be initialized by all other constructors.
4715 * (Complex) If a copy/move constructor performs a deep copy of a member variable, then the destructor should modify the member variable.
4716 * (Complex) If a destructor is modifying a member variable, that member variable should be written in any copy/move constructors or assignment operators.
4718 ## <a name="SS-dtor"></a>C.dtor: Destructors
4720 "Does this class need a destructor?" is a surprisingly powerful design question.
4721 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);
4722 that is, its members can take care of themselves as concerns destruction.
4723 If the answer is "yes", much of the design of the class follows (see [the rule of five](#Rc-five)).
4725 ### <a name="Rc-dtor"></a>C.30: Define a destructor if a class needs an explicit action at object destruction
4727 ##### Reason
4729 A destructor is implicitly invoked at the end of an object's lifetime.
4730 If the default destructor is sufficient, use it.
4731 Only define a non-default destructor if a class needs to execute code that is not already part of its members' destructors.
4733 ##### Example
4735     template<typename A>
4736     struct final_action {   // slightly simplified
4737         A act;
4738         final_action(A a) :act{a} {}
4739         ~final_action() { act(); }
4740     };
4742     template<typename A>
4743     final_action<A> finally(A act)   // deduce action type
4744     {
4745         return final_action<A>{act};
4746     }
4748     void test()
4749     {
4750         auto act = finally([]{ cout << "Exit test\n"; });  // establish exit action
4751         // ...
4752         if (something) return;   // act done here
4753         // ...
4754     } // act done here
4756 The whole purpose of `final_action` is to get a piece of code (usually a lambda) executed upon destruction.
4758 ##### Note
4760 There are two general categories of classes that need a user-defined destructor:
4762 * A class with a resource that is not already represented as a class with a destructor, e.g., a `vector` or a transaction class.
4763 * A class that exists primarily to execute an action upon destruction, such as a tracer or `final_action`.
4765 ##### Example, bad
4767     class Foo {   // bad; use the default destructor
4768     public:
4769         // ...
4770         ~Foo() { s = ""; i = 0; vi.clear(); }  // clean up
4771     private:
4772         string s;
4773         int i;
4774         vector<int> vi;
4775     };
4777 The default destructor does it better, more efficiently, and can't get it wrong.
4779 ##### Note
4781 If the default destructor is needed, but its generation has been suppressed (e.g., by defining a move constructor), use `=default`.
4783 ##### Enforcement
4785 Look for likely "implicit resources", such as pointers and references. Look for classes with destructors even though all their data members have destructors.
4787 ### <a name="Rc-dtor-release"></a>C.31: All resources acquired by a class must be released by the class's destructor
4789 ##### Reason
4791 Prevention of resource leaks, especially in error cases.
4793 ##### Note
4795 For resources represented as classes with a complete set of default operations, this happens automatically.
4797 ##### Example
4799     class X {
4800         ifstream f;   // may own a file
4801         // ... no default operations defined or =deleted ...
4802     };
4804 `X`'s `ifstream` implicitly closes any file it may have open upon destruction of its `X`.
4806 ##### Example, bad
4808     class X2 {     // bad
4809         FILE* f;   // may own a file
4810         // ... no default operations defined or =deleted ...
4811     };
4813 `X2` may leak a file handle.
4815 ##### Note
4817 What about a sockets that won't close? A destructor, close, or cleanup operation [should never fail](#Rc-dtor-fail).
4818 If it does nevertheless, we have a problem that has no really good solution.
4819 For starters, the writer of a destructor does not know why the destructor is called and cannot "refuse to act" by throwing an exception.
4820 See [discussion](#Sd-never-fail).
4821 To make the problem worse, many "close/release" operations are not retryable.
4822 Many have tried to solve this problem, but no general solution is known.
4823 If at all possible, consider failure to close/cleanup a fundamental design error and terminate.
4825 ##### Note
4827 A class can hold pointers and references to objects that it does not own.
4828 Obviously, such objects should not be `delete`d by the class's destructor.
4829 For example:
4831     Preprocessor pp { /* ... */ };
4832     Parser p { pp, /* ... */ };
4833     Type_checker tc { p, /* ... */ };
4835 Here `p` refers to `pp` but does not own it.
4837 ##### Enforcement
4839 * (Simple) If a class has pointer or reference member variables that are owners
4840   (e.g., deemed owners by using `gsl::owner`), then they should be referenced in its destructor.
4841 * (Hard) Determine if pointer or reference member variables are owners when there is no explicit statement of ownership
4842   (e.g., look into the constructors).
4844 ### <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
4846 ##### Reason
4848 There is a lot of code that is non-specific about ownership.
4850 ##### Example
4852     ???
4854 ##### Note
4856 If the `T*` or `T&` is owning, mark it `owning`. If the `T*` is not owning, consider marking it `ptr`.
4857 This will aid documentation and analysis.
4859 ##### Enforcement
4861 Look at the initialization of raw member pointers and member references and see if an allocation is used.
4863 ### <a name="Rc-dtor-ptr2"></a>C.33: If a class has an owning pointer member, define a destructor
4865 ##### Reason
4867 An owned object must be `deleted` upon destruction of the object that owns it.
4869 ##### Example
4871 A pointer member may represent a resource.
4872 [A `T*` should not do so](#Rr-ptr), but in older code, that's common.
4873 Consider a `T*` a possible owner and therefore suspect.
4875     template<typename T>
4876     class Smart_ptr {
4877         T* p;   // BAD: vague about ownership of *p
4878         // ...
4879     public:
4880         // ... no user-defined default operations ...
4881     };
4883     void use(Smart_ptr<int> p1)
4884     {
4885         // error: p2.p leaked (if not nullptr and not owned by some other code)
4886         auto p2 = p1;
4887     }
4889 Note that if you define a destructor, you must define or delete [all default operations](#Rc-five):
4891     template<typename T>
4892     class Smart_ptr2 {
4893         T* p;   // BAD: vague about ownership of *p
4894         // ...
4895     public:
4896         // ... no user-defined copy operations ...
4897         ~Smart_ptr2() { delete p; }  // p is an owner!
4898     };
4900     void use(Smart_ptr2<int> p1)
4901     {
4902         auto p2 = p1;   // error: double deletion
4903     }
4905 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:
4907     template<typename T>
4908     class Smart_ptr3 {
4909         owner<T*> p;   // OK: explicit about ownership of *p
4910         // ...
4911     public:
4912         // ...
4913         // ... copy and move operations ...
4914         ~Smart_ptr3() { delete p; }
4915     };
4917     void use(Smart_ptr3<int> p1)
4918     {
4919         auto p2 = p1;   // OK: no double deletion
4920     }
4922 ##### Note
4924 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.
4926 ##### Note
4928 Why not just require all owning pointers to be "smart pointers"?
4929 That would sometimes require non-trivial code changes and may affect ABIs.
4931 ##### Enforcement
4933 * A class with a pointer data member is suspect.
4934 * A class with an `owner<T>` should define its default operations.
4937 ### <a name="Rc-dtor-virtual"></a>C.35: A base class destructor should be either public and virtual, or protected and non-virtual
4939 ##### Reason
4941 To prevent undefined behavior.
4942 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.
4943 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.
4944 In general, the writer of a base class does not know the appropriate action to be done upon destruction.
4946 ##### Discussion
4948 See [this in the Discussion section](#Sd-dtor).
4950 ##### Example, bad
4952     struct Base {  // BAD: implicitly has a public non-virtual destructor
4953         virtual void f();
4954     };
4956     struct D : Base {
4957         string s {"a resource needing cleanup"};
4958         ~D() { /* ... do some cleanup ... */ }
4959         // ...
4960     };
4962     void use()
4963     {
4964         unique_ptr<Base> p = make_unique<D>();
4965         // ...
4966     } // p's destruction calls ~Base(), not ~D(), which leaks D::s and possibly more
4968 ##### Note
4970 A virtual function defines an interface to derived classes that can be used without looking at the derived classes.
4971 If the interface allows destroying, it should be safe to do so.
4973 ##### Note
4975 A destructor must be non-private or it will prevent using the type:
4977     class X {
4978         ~X();   // private destructor
4979         // ...
4980     };
4982     void use()
4983     {
4984         X a;                        // error: cannot destroy
4985         auto p = make_unique<X>();  // error: cannot destroy
4986     }
4988 ##### Exception
4990 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.
4993 ##### Enforcement
4995 * A class with any virtual functions should have a destructor that is either public and virtual or else protected and non-virtual.
4997 ### <a name="Rc-dtor-fail"></a>C.36: A destructor may not fail
4999 ##### Reason
5001 In general we do not know how to write error-free code if a destructor should fail.
5002 The standard library requires that all classes it deals with have destructors that do not exit by throwing.
5004 ##### Example
5006     class X {
5007     public:
5008         ~X() noexcept;
5009         // ...
5010     };
5012     X::~X() noexcept
5013     {
5014         // ...
5015         if (cannot_release_a_resource) terminate();
5016         // ...
5017     }
5019 ##### Note
5021 Many have tried to devise a fool-proof scheme for dealing with failure in destructors.
5022 None have succeeded to come up with a general scheme.
5023 This can be a real practical problem: For example, what about a socket that won't close?
5024 The writer of a destructor does not know why the destructor is called and cannot "refuse to act" by throwing an exception.
5025 See [discussion](#Sd-never-fail).
5026 To make the problem worse, many "close/release" operations are not retryable.
5027 If at all possible, consider failure to close/cleanup a fundamental design error and terminate.
5029 ##### Note
5031 Declare a destructor `noexcept`. That will ensure that it either completes normally or terminate the program.
5033 ##### Note
5035 If a resource cannot be released and the program may not fail, try to signal the failure to the rest of the system somehow
5036 (maybe even by modifying some global state and hope something will notice and be able to take care of the problem).
5037 Be fully aware that this technique is special-purpose and error-prone.
5038 Consider the "my connection will not close" example.
5039 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.
5040 The destructor could send a message (somehow) to the responsible part of the system, consider that to have closed the connection, and return normally.
5042 ##### Note
5044 If a destructor uses operations that may fail, it can catch exceptions and in some cases still complete successfully
5045 (e.g., by using a different clean-up mechanism from the one that threw an exception).
5047 ##### Enforcement
5049 (Simple) A destructor should be declared `noexcept` if it could throw.
5051 ### <a name="Rc-dtor-noexcept"></a>C.37: Make destructors `noexcept`
5053 ##### Reason
5055  [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.
5057 ##### Note
5059 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.
5061 ##### Example
5063 Not all destructors are noexcept by default; one throwing member poisons the whole class hierarchy
5065     struct X {
5066         Details x;  // happens to have a throwing destructor
5067         // ...
5068         ~X() { }    // implicitly noexcept(false); aka can throw
5069     };
5071 So, if in doubt, declare a destructor noexcept.
5073 ##### Note
5075 Why not then declare all destructors noexcept?
5076 Because that would in many cases -- especially simple cases -- be distracting clutter.
5078 ##### Enforcement
5080 (Simple) A destructor should be declared `noexcept` if it could throw.
5082 ## <a name="SS-ctor"></a>C.ctor: Constructors
5084 A constructor defines how an object is initialized (constructed).
5086 ### <a name="Rc-ctor"></a>C.40: Define a constructor if a class has an invariant
5088 ##### Reason
5090 That's what constructors are for.
5092 ##### Example
5094     class Date {  // a Date represents a valid date
5095                   // in the January 1, 1900 to December 31, 2100 range
5096         Date(int dd, int mm, int yy)
5097             :d{dd}, m{mm}, y{yy}
5098         {
5099             if (!is_valid(d, m, y)) throw Bad_date{};  // enforce invariant
5100         }
5101         // ...
5102     private:
5103         int d, m, y;
5104     };
5106 It is often a good idea to express the invariant as an `Ensures` on the constructor.
5108 ##### Note
5110 A constructor can be used for convenience even if a class does not have an invariant. For example:
5112     struct Rec {
5113         string s;
5114         int i {0};
5115         Rec(const string& ss) : s{ss} {}
5116         Rec(int ii) :i{ii} {}
5117     };
5119     Rec r1 {7};
5120     Rec r2 {"Foo bar"};
5122 ##### Note
5124 The C++11 initializer list rule eliminates the need for many constructors. For example:
5126     struct Rec2{
5127         string s;
5128         int i;
5129         Rec2(const string& ss, int ii = 0) :s{ss}, i{ii} {}   // redundant
5130     };
5132     Rec2 r1 {"Foo", 7};
5133     Rec2 r2 {"Bar"};
5135 The `Rec2` constructor is redundant.
5136 Also, the default for `int` would be better done as a [member initializer](#Rc-in-class-initializer).
5138 **See also**: [construct valid object](#Rc-complete) and [constructor throws](#Rc-throw).
5140 ##### Enforcement
5142 * Flag classes with user-defined copy operations but no constructor (a user-defined copy is a good indicator that the class has an invariant)
5144 ### <a name="Rc-complete"></a>C.41: A constructor should create a fully initialized object
5146 ##### Reason
5148 A constructor establishes the invariant for a class. A user of a class should be able to assume that a constructed object is usable.
5150 ##### Example, bad
5152     class X1 {
5153         FILE* f;   // call init() before any other function
5154         // ...
5155     public:
5156         X1() {}
5157         void init();   // initialize f
5158         void read();   // read from f
5159         // ...
5160     };
5162     void f()
5163     {
5164         X1 file;
5165         file.read();   // crash or bad read!
5166         // ...
5167         file.init();   // too late
5168         // ...
5169     }
5171 Compilers do not read comments.
5173 ##### Exception
5175 If a valid object cannot conveniently be constructed by a constructor, [use a factory function](#Rc-factory).
5177 ##### Enforcement
5179 * (Simple) Every constructor should initialize every member variable (either explicitly, via a delegating ctor call or via default construction).
5180 * (Unknown) If a constructor has an `Ensures` contract, try to see if it holds as a postcondition.
5182 ##### Note
5184 If a constructor acquires a resource (to create a valid object), that resource should be [released by the destructor](#Rc-dtor-release).
5185 The idiom of having constructors acquire resources and destructors release them is called [RAII](#Rr-raii) ("Resource Acquisition Is Initialization").
5187 ### <a name="Rc-throw"></a>C.42: If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception
5189 ##### Reason
5191 Leaving behind an invalid object is asking for trouble.
5193 ##### Example
5195     class X2 {
5196         FILE* f;
5197         // ...
5198     public:
5199         X2(const string& name)
5200             :f{fopen(name.c_str(), "r")}
5201         {
5202             if (!f) throw runtime_error{"could not open" + name};
5203             // ...
5204         }
5206         void read();      // read from f
5207         // ...
5208     };
5210     void f()
5211     {
5212         X2 file {"Zeno"}; // throws if file isn't open
5213         file.read();      // fine
5214         // ...
5215     }
5217 ##### Example, bad
5219     class X3 {     // bad: the constructor leaves a non-valid object behind
5220         FILE* f;   // call is_valid() before any other function
5221         bool valid;
5222         // ...
5223     public:
5224         X3(const string& name)
5225             :f{fopen(name.c_str(), "r")}, valid{false}
5226         {
5227             if (f) valid = true;
5228             // ...
5229         }
5231         bool is_valid() { return valid; }
5232         void read();   // read from f
5233         // ...
5234     };
5236     void f()
5237     {
5238         X3 file {"Heraclides"};
5239         file.read();   // crash or bad read!
5240         // ...
5241         if (file.is_valid()) {
5242             file.read();
5243             // ...
5244         }
5245         else {
5246             // ... handle error ...
5247         }
5248         // ...
5249     }
5251 ##### Note
5253 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.
5254 Leaving behind an invalid object and relying on users to consistently check an `is_valid()` function before use is tedious, error-prone, and inefficient.
5256 ##### Exception
5258 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.
5259 There the `is_valid()` technique must be used. In such cases, check `is_valid()` consistently and immediately to simulate [RAII](#Rr-raii).
5261 ##### Alternative
5263 If you feel tempted to use some "post-constructor initialization" or "two-stage initialization" idiom, try not to do that.
5264 If you really have to, look at [factory functions](#Rc-factory).
5266 ##### Note
5268 One reason people have used `init()` functions rather than doing the initialization work in a constructor has been to avoid code replication.
5269 [Delegating constructors](#Rc-delegating) and [default member initialization](#Rc-in-class-initializer) do that better.
5270 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)
5272 ##### Enforcement
5276 ### <a name="Rc-default0"></a>C.43: Ensure that a copyable (value type) class has a default constructor
5278 ##### Reason
5280 Many language and library facilities rely on default constructors to initialize their elements, e.g. `T a[10]` and `std::vector<T> v(10)`.
5281 A default constructor often simplifies the task of defining a suitable [moved-from state](#???) for a type that is also copyable.
5283 ##### Note
5285 A [value type](#SS-concrete) is a class that is copyable (and usually also comparable).
5286 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).
5288 ##### Example
5290     class Date { // BAD: no default constructor
5291     public:
5292         Date(int dd, int mm, int yyyy);
5293         // ...
5294     };
5296     vector<Date> vd1(1000);   // default Date needed here
5297     vector<Date> vd2(1000, Date{Month::October, 7, 1885});   // alternative
5299 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.
5300 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.
5302 `Date` is chosen to encourage thought:
5303 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.
5304 `{0, 0, 0}` is not a valid date in most calendar systems, so choosing that would be introducing something like floating-point's `NaN`.
5305 However, most realistic `Date` classes have a "first date" (e.g. January 1, 1970 is popular), so making that the default is usually trivial.
5307     class Date {
5308     public:
5309         Date(int dd, int mm, int yyyy);
5310         Date() = default; // [See also](#Rc-default)
5311         // ...
5312     private:
5313         int dd = 1;
5314         int mm = 1;
5315         int yyyy = 1970;
5316         // ...
5317     };
5319     vector<Date> vd1(1000);
5321 ##### Note
5323 A class with members that all have default constructors implicitly gets a default constructor:
5325     struct X {
5326         string s;
5327         vector<int> v;
5328     };
5330     X x; // means X{{}, {}}; that is the empty string and the empty vector
5332 Beware that built-in types are not properly default constructed:
5334     struct X {
5335         string s;
5336         int i;
5337     };
5339     void f()
5340     {
5341         X x;    // x.s is initialized to the empty string; x.i is uninitialized
5343         cout << x.s << ' ' << x.i << '\n';
5344         ++x.i;
5345     }
5347 Statically allocated objects of built-in types are by default initialized to `0`, but local built-in variables are not.
5348 Beware that your compiler may default initialize local built-in variables, whereas an optimized build will not.
5349 Thus, code like the example above may appear to work, but it relies on undefined behavior.
5350 Assuming that you want initialization, an explicit default initialization can help:
5352     struct X {
5353         string s;
5354         int i {};   // default initialize (to 0)
5355     };
5357 ##### Notes
5359 Classes that don't have a reasonable default construction are usually not copyable either, so they don't fall under this guideline.
5361 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:
5363     // Shape is an abstract base class, not a copyable value type.
5364     // It may or may not need a default constructor.
5365     struct Shape {
5366         virtual void draw() = 0;
5367         virtual void rotate(int) = 0;
5368         // =delete copy/move functions
5369         // ...
5370     };
5372 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:
5374     // std::lock_guard is not a copyable value type.
5375     // It does not have a default constructor.
5376     lock_guard g {mx};  // guard the mutex mx
5377     lock_guard g2;      // error: guarding nothing
5379 A class that has a "special state" that must be handled separately from other states by member functions or users causes extra work
5380 (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:
5382     // std::ofstream is not a copyable value type.
5383     // It does happen to have a default constructor
5384     // that goes along with a special "not open" state.
5385     ofstream out {"Foobar"};
5386     // ...
5387     out << log(time, transaction);
5389 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.
5391 However, it is preferable to have a default constructor default to a meaningful state such as `std::string`s `""` and `std::vector`s `{}`.
5393 ##### Enforcement
5395 * Flag classes that are copyable by `=` without a default constructor
5396 * Flag classes that are comparable with `==` but not copyable
5399 ### <a name="Rc-default00"></a>C.44: Prefer default constructors to be simple and non-throwing
5401 ##### Reason
5403 Being able to set a value to "the default" without operations that might fail simplifies error handling and reasoning about move operations.
5405 ##### Example, problematic
5407     template<typename T>
5408     // elem points to space-elem element allocated using new
5409     class Vector0 {
5410     public:
5411         Vector0() :Vector0{0} {}
5412         Vector0(int n) :elem{new T[n]}, space{elem + n}, last{elem} {}
5413         // ...
5414     private:
5415         own<T*> elem;
5416         T* space;
5417         T* last;
5418     };
5420 This is nice and general, but setting a `Vector0` to empty after an error involves an allocation, which may fail.
5421 Also, having a default `Vector` represented as `{new T[0], 0, 0}` seems wasteful.
5422 For example, `Vector0<int> v[100]` costs 100 allocations.
5424 ##### Example
5426     template<typename T>
5427     // elem is nullptr or elem points to space-elem element allocated using new
5428     class Vector1 {
5429     public:
5430         // sets the representation to {nullptr, nullptr, nullptr}; doesn't throw
5431         Vector1() noexcept {}
5432         Vector1(int n) :elem{new T[n]}, space{elem + n}, last{elem} {}
5433         // ...
5434     private:
5435         own<T*> elem = nullptr;
5436         T* space = nullptr;
5437         T* last = nullptr;
5438     };
5440 Using `{nullptr, nullptr, nullptr}` makes `Vector1{}` cheap, but a special case and implies run-time checks.
5441 Setting a `Vector1` to empty after detecting an error is trivial.
5443 ##### Enforcement
5445 * Flag throwing default constructors
5447 ### <a name="Rc-default"></a>C.45: Don't define a default constructor that only initializes data members; use in-class member initializers instead
5449 ##### Reason
5451 Using in-class member initializers lets the compiler generate the function for you. The compiler-generated function can be more efficient.
5453 ##### Example, bad
5455     class X1 { // BAD: doesn't use member initializers
5456         string s;
5457         int i;
5458     public:
5459         X1() :s{"default"}, i{1} { }
5460         // ...
5461     };
5463 ##### Example
5465     class X2 {
5466         string s = "default";
5467         int i = 1;
5468     public:
5469         // use compiler-generated default constructor
5470         // ...
5471     };
5473 ##### Enforcement
5475 (Simple) A default constructor should do more than just initialize member variables with constants.
5477 ### <a name="Rc-explicit"></a>C.46: By default, declare single-argument constructors explicit
5479 ##### Reason
5481 To avoid unintended conversions.
5483 ##### Example, bad
5485     class String {
5486     public:
5487         String(int);   // BAD
5488         // ...
5489     };
5491     String s = 10;   // surprise: string of size 10
5493 ##### Exception
5495 If you really want an implicit conversion from the constructor argument type to the class type, don't use `explicit`:
5497     class Complex {
5498     public:
5499         Complex(double d);   // OK: we want a conversion from d to {d, 0}
5500         // ...
5501     };
5503     Complex z = 10.7;   // unsurprising conversion
5505 **See also**: [Discussion of implicit conversions](#Ro-conversion)
5507 ##### Note
5509 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.
5511 ##### Enforcement
5513 (Simple) Single-argument constructors should be declared `explicit`. Good single argument non-`explicit` constructors are rare in most code bases. Warn for all that are not on a "positive list".
5515 ### <a name="Rc-order"></a>C.47: Define and initialize member variables in the order of member declaration
5517 ##### Reason
5519 To minimize confusion and errors. That is the order in which the initialization happens (independent of the order of member initializers).
5521 ##### Example, bad
5523     class Foo {
5524         int m1;
5525         int m2;
5526     public:
5527         Foo(int x) :m2{x}, m1{++x} { }   // BAD: misleading initializer order
5528         // ...
5529     };
5531     Foo x(1); // surprise: x.m1 == x.m2 == 2
5533 ##### Enforcement
5535 (Simple) A member initializer list should mention the members in the same order they are declared.
5537 **See also**: [Discussion](#Sd-order)
5539 ### <a name="Rc-in-class-initializer"></a>C.48: Prefer in-class initializers to member initializers in constructors for constant initializers
5541 ##### Reason
5543 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.
5545 ##### Example, bad
5547     class X {   // BAD
5548         int i;
5549         string s;
5550         int j;
5551     public:
5552         X() :i{666}, s{"qqq"} { }   // j is uninitialized
5553         X(int ii) :i{ii} {}         // s is "" and j is uninitialized
5554         // ...
5555     };
5557 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.
5559 ##### Example
5561     class X2 {
5562         int i {666};
5563         string s {"qqq"};
5564         int j {0};
5565     public:
5566         X2() = default;        // all members are initialized to their defaults
5567         X2(int ii) :i{ii} {}   // s and j initialized to their defaults
5568         // ...
5569     };
5571 **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:
5573     class X3 {   // BAD: inexplicit, argument passing overhead
5574         int i;
5575         string s;
5576         int j;
5577     public:
5578         X3(int ii = 666, const string& ss = "qqq", int jj = 0)
5579             :i{ii}, s{ss}, j{jj} { }   // all members are initialized to their defaults
5580         // ...
5581     };
5583 ##### Enforcement
5585 * (Simple) Every constructor should initialize every member variable (either explicitly, via a delegating ctor call or via default construction).
5586 * (Simple) Default arguments to constructors suggest an in-class initializer may be more appropriate.
5588 ### <a name="Rc-initialize"></a>C.49: Prefer initialization to assignment in constructors
5590 ##### Reason
5592 An initialization explicitly states that initialization, rather than assignment, is done and can be more elegant and efficient. Prevents "use before set" errors.
5594 ##### Example, good
5596     class A {   // Good
5597         string s1;
5598     public:
5599         A(czstring p) : s1{p} { }    // GOOD: directly construct (and the C-string is explicitly named)
5600         // ...
5601     };
5603 ##### Example, bad
5605     class B {   // BAD
5606         string s1;
5607     public:
5608         B(const char* p) { s1 = p; }   // BAD: default constructor followed by assignment
5609         // ...
5610     };
5612     class C {   // UGLY, aka very bad
5613         int* p;
5614     public:
5615         C() { cout << *p; p = new int{10}; }   // accidental use before initialized
5616         // ...
5617     };
5619 ##### Example, better still
5621 Instead of those `const char*`s we could use `gsl::string_span` or (in C++17) `std::string_view`
5622 as [a more general way to present arguments to a function](#Rstr-view):
5624     class D {   // Good
5625         string s1;
5626     public:
5627         A(string_view v) : s1{v} { }    // GOOD: directly construct
5628         // ...
5629     };
5631 ### <a name="Rc-factory"></a>C.50: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization
5633 ##### Reason
5635 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.
5637 ##### Note
5639 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.
5641 ##### Example, bad
5643     class B {
5644     public:
5645         B() {
5646             /* ... */
5647             f(); // BAD: C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors
5648             /* ... */
5649         }
5651         virtual void f() = 0;
5652     };
5654 ##### Example
5656     class B {
5657     protected:
5658         class Token {};
5660     public:
5661         explicit B(Token) { /* ... */ }  // create an imperfectly initialized object
5662         virtual void f() = 0;
5664         template<class T>
5665         static shared_ptr<T> create()    // interface for creating shared objects
5666         {
5667             auto p = make_shared<T>(typename T::Token{});
5668             p->post_initialize();
5669             return p;
5670         }
5672     protected:
5673         virtual void post_initialize()   // called right after construction
5674             { /* ... */ f(); /* ... */ } // GOOD: virtual dispatch is safe
5675     };
5677     class D : public B {                 // some derived class
5678     protected:
5679         class Token {};
5681     public:
5682         explicit D(Token) : B{ B::Token{} } {}
5683         void f() override { /* ...  */ };
5685     protected:
5686         template<class T>
5687         friend shared_ptr<T> B::create();
5688     };
5690     shared_ptr<D> p = D::create<D>();  // creating a D object
5692 `make_shared` requires that the constructor is public. By requiring a protected `Token` the constructor cannot be publicly called anymore, so we avoid an incompletely constructed object escaping into the wild.
5693 By providing the factory function `create()`, we make construction (on the free store) convenient.
5695 ##### Note
5697 Conventional factory functions allocate on the free store, rather than on the stack or in an enclosing object.
5699 **See also**: [Discussion](#Sd-factory)
5701 ### <a name="Rc-delegating"></a>C.51: Use delegating constructors to represent common actions for all constructors of a class
5703 ##### Reason
5705 To avoid repetition and accidental differences.
5707 ##### Example, bad
5709     class Date {   // BAD: repetitive
5710         int d;
5711         Month m;
5712         int y;
5713     public:
5714         Date(int dd, Month mm, year yy)
5715             :d{dd}, m{mm}, y{yy}
5716             { if (!valid(d, m, y)) throw Bad_date{}; }
5718         Date(int dd, Month mm)
5719             :d{dd}, m{mm} y{current_year()}
5720             { if (!valid(d, m, y)) throw Bad_date{}; }
5721         // ...
5722     };
5724 The common action gets tedious to write and may accidentally not be common.
5726 ##### Example
5728     class Date2 {
5729         int d;
5730         Month m;
5731         int y;
5732     public:
5733         Date2(int dd, Month mm, year yy)
5734             :d{dd}, m{mm}, y{yy}
5735             { if (!valid(d, m, y)) throw Bad_date{}; }
5737         Date2(int dd, Month mm)
5738             :Date2{dd, mm, current_year()} {}
5739         // ...
5740     };
5742 **See also**: If the "repeated action" is a simple initialization, consider [an in-class member initializer](#Rc-in-class-initializer).
5744 ##### Enforcement
5746 (Moderate) Look for similar constructor bodies.
5748 ### <a name="Rc-inheriting"></a>C.52: Use inheriting constructors to import constructors into a derived class that does not need further explicit initialization
5750 ##### Reason
5752 If you need those constructors for a derived class, re-implementing them is tedious and error-prone.
5754 ##### Example
5756 `std::vector` has a lot of tricky constructors, so if I want my own `vector`, I don't want to reimplement them:
5758     class Rec {
5759         // ... data and lots of nice constructors ...
5760     };
5762     class Oper : public Rec {
5763         using Rec::Rec;
5764         // ... no data members ...
5765         // ... lots of nice utility functions ...
5766     };
5768 ##### Example, bad
5770     struct Rec2 : public Rec {
5771         int x;
5772         using Rec::Rec;
5773     };
5775     Rec2 r {"foo", 7};
5776     int val = r.x;   // uninitialized
5778 ##### Enforcement
5780 Make sure that every member of the derived class is initialized.
5782 ## <a name="SS-copy"></a>C.copy: Copy and move
5784 Value types should generally be copyable, but interfaces in a class hierarchy should not.
5785 Resource handles may or may not be copyable.
5786 Types can be defined to move for logical as well as performance reasons.
5788 ### <a name="Rc-copy-assignment"></a>C.60: Make copy assignment non-`virtual`, take the parameter by `const&`, and return by non-`const&`
5790 ##### Reason
5792 It is simple and efficient. If you want to optimize for rvalues, provide an overload that takes a `&&` (see [F.18](#Rf-consume)).
5794 ##### Example
5796     class Foo {
5797     public:
5798         Foo& operator=(const Foo& x)
5799         {
5800             // GOOD: no need to check for self-assignment (other than performance)
5801             auto tmp = x;
5802             swap(tmp); // see C.83
5803             return *this;
5804         }
5805         // ...
5806     };
5808     Foo a;
5809     Foo b;
5810     Foo f();
5812     a = b;    // assign lvalue: copy
5813     a = f();  // assign rvalue: potentially move
5815 ##### Note
5817 The `swap` implementation technique offers the [strong guarantee](#Abrahams01).
5819 ##### Example
5821 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:
5823     template<typename T>
5824     class Vector {
5825     public:
5826         Vector& operator=(const Vector&);
5827         // ...
5828     private:
5829         T* elem;
5830         int sz;
5831     };
5833     Vector& Vector::operator=(const Vector& a)
5834     {
5835         if (a.sz > sz) {
5836             // ... use the swap technique, it can't be bettered ...
5837             return *this;
5838         }
5839         // ... copy sz elements from *a.elem to elem ...
5840         if (a.sz < sz) {
5841             // ... destroy the surplus elements in *this and adjust size ...
5842         }
5843         return *this;
5844     }
5846 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).
5848 **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&)`.
5849 See [copy constructor vs. `clone()`](#Rc-copy-virtual).
5851 ##### Enforcement
5853 * (Simple) An assignment operator should not be virtual. Here be dragons!
5854 * (Simple) An assignment operator should return `T&` to enable chaining, not alternatives like `const T&` which interfere with composability and putting objects in containers.
5855 * (Moderate) An assignment operator should (implicitly or explicitly) invoke all base and member assignment operators.
5856   Look at the destructor to determine if the type has pointer semantics or value semantics.
5858 ### <a name="Rc-copy-semantic"></a>C.61: A copy operation should copy
5860 ##### Reason
5862 That is the generally assumed semantics. After `x = y`, we should have `x == y`.
5863 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).
5865 ##### Example
5867     class X {   // OK: value semantics
5868     public:
5869         X();
5870         X(const X&);     // copy X
5871         void modify();   // change the value of X
5872         // ...
5873         ~X() { delete[] p; }
5874     private:
5875         T* p;
5876         int sz;
5877     };
5879     bool operator==(const X& a, const X& b)
5880     {
5881         return a.sz == b.sz && equal(a.p, a.p + a.sz, b.p, b.p + b.sz);
5882     }
5884     X::X(const X& a)
5885         :p{new T[a.sz]}, sz{a.sz}
5886     {
5887         copy(a.p, a.p + sz, p);
5888     }
5890     X x;
5891     X y = x;
5892     if (x != y) throw Bad{};
5893     x.modify();
5894     if (x == y) throw Bad{};   // assume value semantics
5896 ##### Example
5898     class X2 {  // OK: pointer semantics
5899     public:
5900         X2();
5901         X2(const X2&) = default; // shallow copy
5902         ~X2() = default;
5903         void modify();          // change the pointed-to value
5904         // ...
5905     private:
5906         T* p;
5907         int sz;
5908     };
5910     bool operator==(const X2& a, const X2& b)
5911     {
5912         return a.sz == b.sz && a.p == b.p;
5913     }
5915     X2 x;
5916     X2 y = x;
5917     if (x != y) throw Bad{};
5918     x.modify();
5919     if (x != y) throw Bad{};  // assume pointer semantics
5921 ##### Note
5923 Prefer value semantics unless you are building a "smart pointer". Value semantics is the simplest to reason about and what the standard-library facilities expect.
5925 ##### Enforcement
5927 (Not enforceable)
5929 ### <a name="Rc-copy-self"></a>C.62: Make copy assignment safe for self-assignment
5931 ##### Reason
5933 If `x = x` changes the value of `x`, people will be surprised and bad errors will occur (often including leaks).
5935 ##### Example
5937 The standard-library containers handle self-assignment elegantly and efficiently:
5939     std::vector<int> v = {3, 1, 4, 1, 5, 9};
5940     v = v;
5941     // the value of v is still {3, 1, 4, 1, 5, 9}
5943 ##### Note
5945 The default assignment generated from members that handle self-assignment correctly handles self-assignment.
5947     struct Bar {
5948         vector<pair<int, int>> v;
5949         map<string, int> m;
5950         string s;
5951     };
5953     Bar b;
5954     // ...
5955     b = b;   // correct and efficient
5957 ##### Note
5959 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)).
5961     class Foo {
5962         string s;
5963         int i;
5964     public:
5965         Foo& operator=(const Foo& a);
5966         // ...
5967     };
5969     Foo& Foo::operator=(const Foo& a)   // OK, but there is a cost
5970     {
5971         if (this == &a) return *this;
5972         s = a.s;
5973         i = a.i;
5974         return *this;
5975     }
5977 This is obviously safe and apparently efficient.
5978 However, what if we do one self-assignment per million assignments?
5979 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).
5980 Consider:
5982     Foo& Foo::operator=(const Foo& a)   // simpler, and probably much better
5983     {
5984         s = a.s;
5985         i = a.i;
5986         return *this;
5987     }
5989 `std::string` is safe for self-assignment and so are `int`. All the cost is carried by the (rare) case of self-assignment.
5991 ##### Enforcement
5993 (Simple) Assignment operators should not contain the pattern `if (this == &a) return *this;` ???
5995 ### <a name="Rc-move-assignment"></a>C.63: Make move assignment non-`virtual`, take the parameter by `&&`, and return by non-`const &`
5997 ##### Reason
5999 It is simple and efficient.
6001 **See**: [The rule for copy-assignment](#Rc-copy-assignment).
6003 ##### Enforcement
6005 Equivalent to what is done for [copy-assignment](#Rc-copy-assignment).
6007 * (Simple) An assignment operator should not be virtual. Here be dragons!
6008 * (Simple) An assignment operator should return `T&` to enable chaining, not alternatives like `const T&` which interfere with composability and putting objects in containers.
6009 * (Moderate) A move assignment operator should (implicitly or explicitly) invoke all base and member move assignment operators.
6011 ### <a name="Rc-move-semantic"></a>C.64: A move operation should move and leave its source in a valid state
6013 ##### Reason
6015 That is the generally assumed semantics.
6016 After `y = std::move(x)` the value of `y` should be the value `x` had and `x` should be in a valid state.
6018 ##### Example
6020     template<typename T>
6021     class X {   // OK: value semantics
6022     public:
6023         X();
6024         X(X&& a) noexcept;  // move X
6025         void modify();     // change the value of X
6026         // ...
6027         ~X() { delete[] p; }
6028     private:
6029         T* p;
6030         int sz;
6031     };
6034     X::X(X&& a)
6035         :p{a.p}, sz{a.sz}  // steal representation
6036     {
6037         a.p = nullptr;     // set to "empty"
6038         a.sz = 0;
6039     }
6041     void use()
6042     {
6043         X x{};
6044         // ...
6045         X y = std::move(x);
6046         x = X{};   // OK
6047     } // OK: x can be destroyed
6049 ##### Note
6051 Ideally, that moved-from should be the default value of the type.
6052 Ensure that unless there is an exceptionally good reason not to.
6053 However, not all types have a default value and for some types establishing the default value can be expensive.
6054 The standard requires only that the moved-from object can be destroyed.
6055 Often, we can easily and cheaply do better: The standard library assumes that it is possible to assign to a moved-from object.
6056 Always leave the moved-from object in some (necessarily specified) valid state.
6058 ##### Note
6060 Unless there is an exceptionally strong reason not to, make `x = std::move(y); y = z;` work with the conventional semantics.
6062 ##### Enforcement
6064 (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.
6066 ### <a name="Rc-move-self"></a>C.65: Make move assignment safe for self-assignment
6068 ##### Reason
6070 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.
6072 ##### Example
6074     class Foo {
6075         string s;
6076         int i;
6077     public:
6078         Foo& operator=(Foo&& a);
6079         // ...
6080     };
6082     Foo& Foo::operator=(Foo&& a) noexcept  // OK, but there is a cost
6083     {
6084         if (this == &a) return *this;  // this line is redundant
6085         s = std::move(a.s);
6086         i = a.i;
6087         return *this;
6088     }
6090 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.
6092 ##### Note
6094 There is no known general way of avoiding an `if (this == &a) return *this;` test for a move assignment and still get a correct answer (i.e., after `x = x` the value of `x` is unchanged).
6096 ##### Note
6098 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.
6100 ##### Example
6102 Here is a way to move a pointer without a test (imagine it as code in the implementation a move assignment):
6104     // move from other.ptr to this->ptr
6105     T* temp = other.ptr;
6106     other.ptr = nullptr;
6107     delete ptr;
6108     ptr = temp;
6110 ##### Enforcement
6112 * (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`.
6113 * (Not enforceable) Look at the use of standard-library container types (incl. `string`) and consider them safe for ordinary (not life-critical) uses.
6115 ### <a name="Rc-move-noexcept"></a>C.66: Make move operations `noexcept`
6117 ##### Reason
6119 A throwing move violates most people's reasonably assumptions.
6120 A non-throwing move will be used more efficiently by standard-library and language facilities.
6122 ##### Example
6124     template<typename T>
6125     class Vector {
6126     public:
6127         Vector(Vector&& a) noexcept :elem{a.elem}, sz{a.sz} { a.sz = 0; a.elem = nullptr; }
6128         Vector& operator=(Vector&& a) noexcept { elem = a.elem; sz = a.sz; a.sz = 0; a.elem = nullptr; }
6129         // ...
6130     private:
6131         T* elem;
6132         int sz;
6133     };
6135 These operations do not throw.
6137 ##### Example, bad
6139     template<typename T>
6140     class Vector2 {
6141     public:
6142         Vector2(Vector2&& a) { *this = a; }             // just use the copy
6143         Vector2& operator=(Vector2&& a) { *this = a; }  // just use the copy
6144         // ...
6145     private:
6146         T* elem;
6147         int sz;
6148     };
6150 This `Vector2` is not just inefficient, but since a vector copy requires allocation, it can throw.
6152 ##### Enforcement
6154 (Simple) A move operation should be marked `noexcept`.
6156 ### <a name="Rc-copy-virtual"></a>C.67: A polymorphic class should suppress copying
6158 ##### Reason
6160 A *polymorphic class* is a class that defines or inherits at least one virtual function. It is likely that it will be used as a base class for other derived classes with polymorphic behavior. If it is accidentally passed by value, with the implicitly generated copy constructor and assignment, we risk slicing: only the base portion of a derived object will be copied, and the polymorphic behavior will be corrupted.
6162 ##### Example, bad
6164     class B { // BAD: polymorphic base class doesn't suppress copying
6165     public:
6166         virtual char m() { return 'B'; }
6167         // ... nothing about copy operations, so uses default ...
6168     };
6170     class D : public B {
6171     public:
6172         char m() override { return 'D'; }
6173         // ...
6174     };
6176     void f(B& b) {
6177         auto b2 = b; // oops, slices the object; b2.m() will return 'B'
6178     }
6180     D d;
6181     f(d);
6183 ##### Example
6185     class B { // GOOD: polymorphic class suppresses copying
6186     public:
6187         B(const B&) = delete;
6188         B& operator=(const B&) = delete;
6189         virtual char m() { return 'B'; }
6190         // ...
6191     };
6193     class D : public B {
6194     public:
6195         char m() override { return 'D'; }
6196         // ...
6197     };
6199     void f(B& b) {
6200         auto b2 = b; // ok, compiler will detect inadvertent copying, and protest
6201     }
6203     D d;
6204     f(d);
6206 ##### Note
6208 If you need to create deep copies of polymorphic objects, use `clone()` functions: see [C.130](#Rh-copy).
6210 ##### Exception
6212 Classes that represent exception objects need both to be polymorphic and copy-constructible.
6214 ##### Enforcement
6216 * Flag a polymorphic class with a non-deleted copy operation.
6217 * Flag an assignment of polymorphic class objects.
6219 ## C.other: Other default operation rules
6221 In addition to the operations for which the language offer default implementations,
6222 there are a few operations that are so foundational that it rules for their definition are needed:
6223 comparisons, `swap`, and `hash`.
6225 ### <a name="Rc-eqdefault"></a>C.80: Use `=default` if you have to be explicit about using the default semantics
6227 ##### Reason
6229 The compiler is more likely to get the default semantics right and you cannot implement these functions better than the compiler.
6231 ##### Example
6233     class Tracer {
6234         string message;
6235     public:
6236         Tracer(const string& m) : message{m} { cerr << "entering " << message << '\n'; }
6237         ~Tracer() { cerr << "exiting " << message << '\n'; }
6239         Tracer(const Tracer&) = default;
6240         Tracer& operator=(const Tracer&) = default;
6241         Tracer(Tracer&&) = default;
6242         Tracer& operator=(Tracer&&) = default;
6243     };
6245 Because we defined the destructor, we must define the copy and move operations. The `= default` is the best and simplest way of doing that.
6247 ##### Example, bad
6249     class Tracer2 {
6250         string message;
6251     public:
6252         Tracer2(const string& m) : message{m} { cerr << "entering " << message << '\n'; }
6253         ~Tracer2() { cerr << "exiting " << message << '\n'; }
6255         Tracer2(const Tracer2& a) : message{a.message} {}
6256         Tracer2& operator=(const Tracer2& a) { message = a.message; return *this; }
6257         Tracer2(Tracer2&& a) :message{a.message} {}
6258         Tracer2& operator=(Tracer2&& a) { message = a.message; return *this; }
6259     };
6261 Writing out the bodies of the copy and move operations is verbose, tedious, and error-prone. A compiler does it better.
6263 ##### Enforcement
6265 (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
6267 ### <a name="Rc-delete"></a>C.81: Use `=delete` when you want to disable default behavior (without wanting an alternative)
6269 ##### Reason
6271 In a few cases, a default operation is not desirable.
6273 ##### Example
6275     class Immortal {
6276     public:
6277         ~Immortal() = delete;   // do not allow destruction
6278         // ...
6279     };
6281     void use()
6282     {
6283         Immortal ugh;   // error: ugh cannot be destroyed
6284         Immortal* p = new Immortal{};
6285         delete p;       // error: cannot destroy *p
6286     }
6288 ##### Example
6290 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:
6292     template <class T, class D = default_delete<T>> class unique_ptr {
6293     public:
6294         // ...
6295         constexpr unique_ptr() noexcept;
6296         explicit unique_ptr(pointer p) noexcept;
6297         // ...
6298         unique_ptr(unique_ptr&& u) noexcept;   // move constructor
6299         // ...
6300         unique_ptr(const unique_ptr&) = delete; // disable copy from lvalue
6301         // ...
6302     };
6304     unique_ptr<int> make();   // make "something" and return it by moving
6306     void f()
6307     {
6308         unique_ptr<int> pi {};
6309         auto pi2 {pi};      // error: no move constructor from lvalue
6310         auto pi3 {make()};  // OK, move: the result of make() is an rvalue
6311     }
6313 Note that deleted functions should be public.
6315 ##### Enforcement
6317 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.
6319 ### <a name="Rc-ctor-virtual"></a>C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors
6321 ##### Reason
6323 The function called will be that of the object constructed so far, rather than a possibly overriding function in a derived class.
6324 This can be most confusing.
6325 Worse, a direct or indirect call to an unimplemented pure virtual function from a constructor or destructor results in undefined behavior.
6327 ##### Example, bad
6329     class Base {
6330     public:
6331         virtual void f() = 0;   // not implemented
6332         virtual void g();       // implemented with Base version
6333         virtual void h();       // implemented with Base version
6334         virtual ~Base();        // implemented with Base version
6335     };
6337     class Derived : public Base {
6338     public:
6339         void g() override;   // provide Derived implementation
6340         void h() final;      // provide Derived implementation
6342         Derived()
6343         {
6344             // BAD: attempt to call an unimplemented virtual function
6345             f();
6347             // BAD: will call Derived::g, not dispatch further virtually
6348             g();
6350             // GOOD: explicitly state intent to call only the visible version
6351             Derived::g();
6353             // ok, no qualification needed, h is final
6354             h();
6355         }
6356     };
6358 Note that calling a specific explicitly qualified function is not a virtual call even if the function is `virtual`.
6360 **See also** [factory functions](#Rc-factory) for how to achieve the effect of a call to a derived class function without risking undefined behavior.
6362 ##### Note
6364 There is nothing inherently wrong with calling virtual functions from constructors and destructors.
6365 The semantics of such calls is type safe.
6366 However, experience shows that such calls are rarely needed, easily confuse maintainers, and become a source of errors when used by novices.
6368 ##### Enforcement
6370 * Flag calls of virtual functions from constructors and destructors.
6372 ### <a name="Rc-swap"></a>C.83: For value-like types, consider providing a `noexcept` swap function
6374 ##### Reason
6376 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).
6378 ##### Example, good
6380     class Foo {
6381     public:
6382         void swap(Foo& rhs) noexcept
6383         {
6384             m1.swap(rhs.m1);
6385             std::swap(m2, rhs.m2);
6386         }
6387     private:
6388         Bar m1;
6389         int m2;
6390     };
6392 Providing a non-member `swap` function in the same namespace as your type for callers' convenience.
6394     void swap(Foo& a, Foo& b)
6395     {
6396         a.swap(b);
6397     }
6399 ##### Enforcement
6401 * (Simple) A class without virtual functions should have a `swap` member function declared.
6402 * (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
6404 ### <a name="Rc-swap-fail"></a>C.84: A `swap` function may not fail
6406 ##### Reason
6408  `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.
6410 ##### Example, bad
6412     void swap(My_vector& x, My_vector& y)
6413     {
6414         auto tmp = x;   // copy elements
6415         x = y;
6416         y = tmp;
6417     }
6419 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.
6421 ##### Enforcement
6423 (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
6425 ### <a name="Rc-swap-noexcept"></a>C.85: Make `swap` `noexcept`
6427 ##### Reason
6429  [A `swap` may not fail](#Rc-swap-fail).
6430 If a `swap` tries to exit with an exception, it's a bad design error and the program had better terminate.
6432 ##### Enforcement
6434 (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
6436 ### <a name="Rc-eq"></a>C.86: Make `==` symmetric with respect to operand types and `noexcept`
6438 ##### Reason
6440 Asymmetric treatment of operands is surprising and a source of errors where conversions are possible.
6441 `==` is a fundamental operations and programmers should be able to use it without fear of failure.
6443 ##### Example
6445     struct X {
6446         string name;
6447         int number;
6448     };
6450     bool operator==(const X& a, const X& b) noexcept {
6451         return a.name == b.name && a.number == b.number;
6452     }
6454 ##### Example, bad
6456     class B {
6457         string name;
6458         int number;
6459         bool operator==(const B& a) const {
6460             return name == a.name && number == a.number;
6461         }
6462         // ...
6463     };
6465 `B`'s comparison accepts conversions for its second operand, but not its first.
6467 ##### Note
6469 If a class has a failure state, like `double`'s `NaN`, there is a temptation to make a comparison against the failure state throw.
6470 The alternative is to make two failure states compare equal and any valid state compare false against the failure state.
6472 ##### Note
6474 This rule applies to all the usual comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
6476 ##### Enforcement
6478 * Flag an `operator==()` for which the argument types differ; same for other comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
6479 * Flag member `operator==()`s; same for other comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
6481 ### <a name="Rc-eq-base"></a>C.87: Beware of `==` on base classes
6483 ##### Reason
6485 It is really hard to write a foolproof and useful `==` for a hierarchy.
6487 ##### Example, bad
6489     class B {
6490         string name;
6491         int number;
6492         virtual bool operator==(const B& a) const
6493         {
6494              return name == a.name && number == a.number;
6495         }
6496         // ...
6497     };
6499 `B`'s comparison accepts conversions for its second operand, but not its first.
6501     class D :B {
6502         char character;
6503         virtual bool operator==(const D& a) const
6504         {
6505             return name == a.name && number == a.number && character == a.character;
6506         }
6507         // ...
6508     };
6510     B b = ...
6511     D d = ...
6512     b == d;    // compares name and number, ignores d's character
6513     d == b;    // error: no == defined
6514     D d2;
6515     d == d2;   // compares name, number, and character
6516     B& b2 = d2;
6517     b2 == d;   // compares name and number, ignores d2's and d's character
6519 Of course there are ways of making `==` work in a hierarchy, but the naive approaches do not scale
6521 ##### Note
6523 This rule applies to all the usual comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
6525 ##### Enforcement
6527 * Flag a virtual `operator==()`; same for other comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
6529 ### <a name="Rc-hash"></a>C.89: Make a `hash` `noexcept`
6531 ##### Reason
6533 Users of hashed containers use hash indirectly and don't expect simple access to throw.
6534 It's a standard-library requirement.
6536 ##### Example, bad
6538     template<>
6539     struct hash<My_type> {  // thoroughly bad hash specialization
6540         using result_type = size_t;
6541         using argument_type = My_type;
6543         size_t operator() (const My_type & x) const
6544         {
6545             size_t xs = x.s.size();
6546             if (xs < 4) throw Bad_My_type{};    // "Nobody expects the Spanish inquisition!"
6547             return hash<size_t>()(x.s.size()) ^ trim(x.s);
6548         }
6549     };
6551     int main()
6552     {
6553         unordered_map<My_type, int> m;
6554         My_type mt{ "asdfg" };
6555         m[mt] = 7;
6556         cout << m[My_type{ "asdfg" }] << '\n';
6557     }
6559 If you have to define a `hash` specialization, try simply to let it combine standard-library `hash` specializations with `^` (xor).
6560 That tends to work better than "cleverness" for non-specialists.
6562 ##### Enforcement
6564 * Flag throwing `hash`es.
6566 ### <a name="Rc-memset"></a>C.90: Rely on constructors and assignment operators, not `memset` and `memcpy`
6568 ##### Reason
6570 The standard C++ mechanism to construct an instance of a type is to call its constructor. As specified in guideline [C.41](#Rc-complete): a constructor should create a fully initialized object. No additional initialization, such as by `memcpy`, should be required.
6571 A type will provide a copy constructor and/or copy assignment operator to appropriately make a copy of the class, preserving the type's invariants.  Using memcpy to copy a non-trivially copyable type has undefined behavior.  Frequently this results in slicing, or data corruption.
6573 ##### Example, good
6575     struct base
6576     {
6577         virtual void update() = 0;
6578         std::shared_ptr<int> sp;
6579     };
6581     struct derived : public base
6582     {
6583         void update() override {}
6584     };
6586 ##### Example, bad
6588     void init(derived& a)
6589     {
6590         memset(&a, 0, sizeof(derived));
6591     }
6593 This is type-unsafe and overwrites the vtable.
6595 ##### Example, bad
6597     void copy(derived& a, derived& b)
6598     {
6599         memcpy(&a, &b, sizeof(derived));
6600     }
6602 This is also type-unsafe and overwrites the vtable.
6604 ##### Enforcement
6606 * Flag passing a non-trivially-copyable type to `memset` or `memcpy`. 
6608 ## <a name="SS-containers"></a>C.con: Containers and other resource handles
6610 A container is an object holding a sequence of objects of some type; `std::vector` is the archetypical container.
6611 A resource handle is a class that owns a resource; `std::vector` is the typical resource handle; its resource is its sequence of elements.
6613 Summary of container rules:
6615 * [C.100: Follow the STL when defining a container](#Rcon-stl)
6616 * [C.101: Give a container value semantics](#Rcon-val)
6617 * [C.102: Give a container move operations](#Rcon-move)
6618 * [C.103: Give a container an initializer list constructor](#Rcon-init)
6619 * [C.104: Give a container a default constructor that sets it to empty](#Rcon-empty)
6620 * ???
6621 * [C.109: If a resource handle has pointer semantics, provide `*` and `->`](#Rcon-ptr)
6623 **See also**: [Resources](#S-resource)
6626 ### <a name="Rcon-stl"></a>C.100: Follow the STL when defining a container
6628 ##### Reason
6630 The STL containers are familiar to most C++ programmers and a fundamentally sound design.
6632 ##### Note
6634 There are of course other fundamentally sound design styles and sometimes reasons to depart from
6635 the style of the standard library, but in the absence of a solid reason to differ, it is simpler
6636 and easier for both implementers and users to follow the standard.
6638 In particular, `std::vector` and `std::map` provide useful relatively simple models.
6640 ##### Example
6642     // simplified (e.g., no allocators):
6644     template<typename T>
6645     class Sorted_vector {
6646         using value_type = T;
6647         // ... iterator types ...
6649         Sorted_vector() = default;
6650         Sorted_vector(initializer_list<T>);    // initializer-list constructor: sort and store
6651         Sorted_vector(const Sorted_vector&) = default;
6652         Sorted_vector(Sorted_vector&&) = default;
6653         Sorted_vector& operator=(const Sorted_vector&) = default;   // copy assignment
6654         Sorted_vector& operator=(Sorted_vector&&) = default;        // move assignment
6655         ~Sorted_vector() = default;
6657         Sorted_vector(const std::vector<T>& v);   // store and sort
6658         Sorted_vector(std::vector<T>&& v);        // sort and "steal representation"
6660         const T& operator[](int i) const { return rep[i]; }
6661         // no non-const direct access to preserve order
6663         void push_back(const T&);   // insert in the right place (not necessarily at back)
6664         void push_back(T&&);        // insert in the right place (not necessarily at back)
6666         // ... cbegin(), cend() ...
6667     private:
6668         std::vector<T> rep;  // use a std::vector to hold elements
6669     };
6671     template<typename T> bool operator==(const Sorted_vector<T>&, const Sorted_vector<T>&);
6672     template<typename T> bool operator!=(const Sorted_vector<T>&, const Sorted_vector<T>&);
6673     // ...
6675 Here, the STL style is followed, but incompletely.
6676 That's not uncommon.
6677 Provide only as much functionality as makes sense for a specific container.
6678 The key is to define the conventional constructors, assignments, destructors, and iterators
6679 (as meaningful for the specific container) with their conventional semantics.
6680 From that base, the container can be expanded as needed.
6681 Here, special constructors from `std::vector` were added.
6683 ##### Enforcement
6687 ### <a name="Rcon-val"></a>C.101: Give a container value semantics
6689 ##### Reason
6691 Regular objects are simpler to think and reason about than irregular ones.
6692 Familiarity.
6694 ##### Note
6696 If meaningful, make a container `Regular` (the concept).
6697 In particular, ensure that an object compares equal to its copy.
6699 ##### Example
6701     void f(const Sorted_vector<string>& v)
6702     {
6703         Sorted_vector<string> v2 {v};
6704         if (v != v2)
6705             cout << "insanity rules!\n";
6706         // ...
6707     }
6709 ##### Enforcement
6713 ### <a name="Rcon-move"></a>C.102: Give a container move operations
6715 ##### Reason
6717 Containers tend to get large; without a move constructor and a copy constructor an object can be
6718 expensive to move around, thus tempting people to pass pointers to it around and getting into
6719 resource management problems.
6721 ##### Example
6723     Sorted_vector<int> read_sorted(istream& is)
6724     {
6725         vector<int> v;
6726         cin >> v;   // assume we have a read operation for vectors
6727         Sorted_vector<int> sv = v;  // sorts
6728         return sv;
6729     }
6731 A user can reasonably assume that returning a standard-like container is cheap.
6733 ##### Enforcement
6737 ### <a name="Rcon-init"></a>C.103: Give a container an initializer list constructor
6739 ##### Reason
6741 People expect to be able to initialize a container with a set of values.
6742 Familiarity.
6744 ##### Example
6746     Sorted_vector<int> sv {1, 3, -1, 7, 0, 0}; // Sorted_vector sorts elements as needed
6748 ##### Enforcement
6752 ### <a name="Rcon-empty"></a>C.104: Give a container a default constructor that sets it to empty
6754 ##### Reason
6756 To make it `Regular`.
6758 ##### Example
6760     vector<Sorted_sequence<string>> vs(100);    // 100 Sorted_sequences each with the value ""
6762 ##### Enforcement
6766 ### <a name="Rcon-ptr"></a>C.109: If a resource handle has pointer semantics, provide `*` and `->`
6768 ##### Reason
6770 That's what is expected from pointers.
6771 Familiarity.
6773 ##### Example
6775     ???
6777 ##### Enforcement
6781 ## <a name="SS-lambdas"></a>C.lambdas: Function objects and lambdas
6783 A function object is an object supplying an overloaded `()` so that you can call it.
6784 A lambda expression (colloquially often shortened to "a lambda") is a notation for generating a function object.
6785 Function objects should be cheap to copy (and therefore [passed by value](#Rf-in)).
6787 Summary:
6789 * [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)
6790 * [F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms](#Rf-reference-capture)
6791 * [F.53: Avoid capturing by reference in lambdas that will be used non-locally, including returned, stored on the heap, or passed to another thread](#Rf-value-capture)
6792 * [ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables](#Res-lambda-init)
6794 ## <a name="SS-hier"></a>C.hier: Class hierarchies (OOP)
6796 A class hierarchy is constructed to represent a set of hierarchically organized concepts (only).
6797 Typically base classes act as interfaces.
6798 There are two major uses for hierarchies, often named implementation inheritance and interface inheritance.
6800 Class hierarchy rule summary:
6802 * [C.120: Use class hierarchies to represent concepts with inherent hierarchical structure (only)](#Rh-domain)
6803 * [C.121: If a base class is used as an interface, make it a pure abstract class](#Rh-abstract)
6804 * [C.122: Use abstract classes as interfaces when complete separation of interface and implementation is needed](#Rh-separation)
6806 Designing rules for classes in a hierarchy summary:
6808 * [C.126: An abstract class typically doesn't need a constructor](#Rh-abstract-ctor)
6809 * [C.127: A class with a virtual function should have a virtual or protected destructor](#Rh-dtor)
6810 * [C.128: Virtual functions should specify exactly one of `virtual`, `override`, or `final`](#Rh-override)
6811 * [C.129: When designing a class hierarchy, distinguish between implementation inheritance and interface inheritance](#Rh-kind)
6812 * [C.130: For making deep copies of polymorphic classes prefer a virtual `clone` function instead of copy construction/assignment](#Rh-copy)
6813 * [C.131: Avoid trivial getters and setters](#Rh-get)
6814 * [C.132: Don't make a function `virtual` without reason](#Rh-virtual)
6815 * [C.133: Avoid `protected` data](#Rh-protected)
6816 * [C.134: Ensure all non-`const` data members have the same access level](#Rh-public)
6817 * [C.135: Use multiple inheritance to represent multiple distinct interfaces](#Rh-mi-interface)
6818 * [C.136: Use multiple inheritance to represent the union of implementation attributes](#Rh-mi-implementation)
6819 * [C.137: Use `virtual` bases to avoid overly general base classes](#Rh-vbase)
6820 * [C.138: Create an overload set for a derived class and its bases with `using`](#Rh-using)
6821 * [C.139: Use `final` sparingly](#Rh-final)
6822 * [C.140: Do not provide different default arguments for a virtual function and an overrider](#Rh-virtual-default-arg)
6824 Accessing objects in a hierarchy rule summary:
6826 * [C.145: Access polymorphic objects through pointers and references](#Rh-poly)
6827 * [C.146: Use `dynamic_cast` where class hierarchy navigation is unavoidable](#Rh-dynamic_cast)
6828 * [C.147: Use `dynamic_cast` to a reference type when failure to find the required class is considered an error](#Rh-ref-cast)
6829 * [C.148: Use `dynamic_cast` to a pointer type when failure to find the required class is considered a valid alternative](#Rh-ptr-cast)
6830 * [C.149: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to avoid forgetting to `delete` objects created using `new`](#Rh-smart)
6831 * [C.150: Use `make_unique()` to construct objects owned by `unique_ptr`s](#Rh-make_unique)
6832 * [C.151: Use `make_shared()` to construct objects owned by `shared_ptr`s](#Rh-make_shared)
6833 * [C.152: Never assign a pointer to an array of derived class objects to a pointer to its base](#Rh-array)
6834 * [C.153: Prefer virtual function to casting](#Rh-use-virtual)
6836 ### <a name="Rh-domain"></a>C.120: Use class hierarchies to represent concepts with inherent hierarchical structure (only)
6838 ##### Reason
6840 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.
6842 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.
6844 ##### Example
6846     class DrawableUIElement {
6847     public:
6848         virtual void render() const = 0;
6849         // ...
6850     };
6852     class AbstractButton : public DrawableUIElement {
6853     public:
6854         virtual void onClick() = 0;
6855         // ...
6856     };
6858     class PushButton : public AbstractButton {
6859         void render() const override;
6860         void onClick() override;
6861         // ...
6862     };
6864     class Checkbox : public AbstractButton {
6865     // ...
6866     };
6868 ##### Example, bad
6870 Do *not* represent non-hierarchical domain concepts as class hierarchies.
6872     template<typename T>
6873     class Container {
6874     public:
6875         // list operations:
6876         virtual T& get() = 0;
6877         virtual void put(T&) = 0;
6878         virtual void insert(Position) = 0;
6879         // ...
6880         // vector operations:
6881         virtual T& operator[](int) = 0;
6882         virtual void sort() = 0;
6883         // ...
6884         // tree operations:
6885         virtual void balance() = 0;
6886         // ...
6887     };
6889 Here most overriding classes cannot implement most of the functions required in the interface well.
6890 Thus the base class becomes an implementation burden.
6891 Furthermore, the user of `Container` cannot rely on the member functions actually performing meaningful operations reasonably efficiently;
6892 it may throw an exception instead.
6893 Thus users have to resort to run-time checking and/or
6894 not using this (over)general interface in favor of a particular interface found by a run-time type inquiry (e.g., a `dynamic_cast`).
6896 ##### Enforcement
6898 * Look for classes with lots of members that do nothing but throw.
6899 * Flag every use of a non-public 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`.
6901 ### <a name="Rh-abstract"></a>C.121: If a base class is used as an interface, make it a pure abstract class
6903 ##### Reason
6905 A class is more stable (less brittle) if it does not contain data.
6906 Interfaces should normally be composed entirely of public pure virtual functions and a default/empty virtual destructor.
6908 ##### Example
6910     class My_interface {
6911     public:
6912         // ...only pure virtual functions here ...
6913         virtual ~My_interface() {}   // or =default
6914     };
6916 ##### Example, bad
6918     class Goof {
6919     public:
6920         // ...only pure virtual functions here ...
6921         // no virtual destructor
6922     };
6924     class Derived : public Goof {
6925         string s;
6926         // ...
6927     };
6929     void use()
6930     {
6931         unique_ptr<Goof> p {new Derived{"here we go"}};
6932         f(p.get()); // use Derived through the Goof interface
6933         g(p.get()); // use Derived through the Goof interface
6934     } // leak
6936 The `Derived` is `delete`d through its `Goof` interface, so its `string` is leaked.
6937 Give `Goof` a virtual destructor and all is well.
6940 ##### Enforcement
6942 * Warn on any class that contains data members and also has an overridable (non-`final`) virtual function that wasn't inherited from a base class.
6944 ### <a name="Rh-separation"></a>C.122: Use abstract classes as interfaces when complete separation of interface and implementation is needed
6946 ##### Reason
6948 Such as on an ABI (link) boundary.
6950 ##### Example
6952     struct Device {
6953         virtual ~Device() = default;
6954         virtual void write(span<const char> outbuf) = 0;
6955         virtual void read(span<char> inbuf) = 0;
6956     };
6958     class D1 : public Device {
6959         // ... data ...
6961         void write(span<const char> outbuf) override;
6962         void read(span<char> inbuf) override;
6963     };
6965     class D2 : public Device {
6966         // ... different data ...
6968         void write(span<const char> outbuf) override;
6969         void read(span<char> inbuf) override;
6970     };
6972 A user can now use `D1`s and `D2`s interchangeably through the interface provided by `Device`.
6973 Furthermore, we can update `D1` and `D2` in ways that are not binary compatible with older versions as long as all access goes through `Device`.
6975 ##### Enforcement
6977     ???
6979 ## C.hierclass: Designing classes in a hierarchy:
6981 ### <a name="Rh-abstract-ctor"></a>C.126: An abstract class typically doesn't need a constructor
6983 ##### Reason
6985 An abstract class typically does not have any data for a constructor to initialize.
6987 ##### Example
6989     ???
6991 ##### Exception
6993 * A base class constructor that does work, such as registering an object somewhere, may need a constructor.
6994 * In extremely rare cases, you might find it reasonable for an abstract class to have a bit of data shared by all derived classes
6995   (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.
6997 ##### Enforcement
6999 Flag abstract classes with constructors.
7001 ### <a name="Rh-dtor"></a>C.127: A class with a virtual function should have a virtual or protected destructor
7003 ##### Reason
7005 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 non-virtual; see [C.35](#Rc-dtor-virtual).
7007 ##### Example, bad
7009     struct B {
7010         virtual int f() = 0;
7011         // ... no user-written destructor, defaults to public non-virtual ...
7012     };
7014     // bad: derived from a class without a virtual destructor
7015     struct D : B {
7016         string s {"default"};
7017     };
7019     void use()
7020     {
7021         unique_ptr<B> p = make_unique<D>();
7022         // ...
7023     } // undefined behavior. May call B::~B only and leak the string
7025 ##### Note
7027 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`.
7029 ##### Enforcement
7031 * A class with any virtual functions should have a destructor that is either public and virtual or else protected and non-virtual.
7032 * Flag `delete` of a class with a virtual function but no virtual destructor.
7034 ### <a name="Rh-override"></a>C.128: Virtual functions should specify exactly one of `virtual`, `override`, or `final`
7036 ##### Reason
7038 Readability.
7039 Detection of mistakes.
7040 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.
7042 It's simple and clear:
7044 * `virtual` means exactly and only "this is a new virtual function."
7045 * `override` means exactly and only "this is a non-final overrider."
7046 * `final` means exactly and only "this is a final overrider."
7048 ##### Example, bad
7050     struct B {
7051         void f1(int);
7052         virtual void f2(int) const;
7053         virtual void f3(int);
7054         // ...
7055     };
7057     struct D : B {
7058         void f1(int);        // bad (hope for a warning): D::f1() hides B::f1()
7059         void f2(int) const;  // bad (but conventional and valid): no explicit override
7060         void f3(double);     // bad (hope for a warning): D::f3() hides B::f3()
7061         // ...
7062     };
7064 ##### Example, good
7066     struct Better : B {
7067         void f1(int) override;        // error (caught): Better::f1() hides B::f1()
7068         void f2(int) const override;
7069         void f3(double) override;     // error (caught): Better::f3() hides B::f3()
7070         // ...
7071     };
7073 #### Discussion
7075 We want to eliminate two particular classes of errors:
7077 * **implicit virtual**: the programmer intended the function to be implicitly virtual and it is (but readers of the code can't tell); or the programmer intended the function to be implicitly virtual but it isn't (e.g., because of a subtle parameter list mismatch); or the programmer did not intend the function to be virtual but it is (because it happens to have the same signature as a virtual in the base class)
7078 * **implicit override**: the programmer intended the function to be implicitly an overrider and it is (but readers of the code can't tell); or the programmer intended the function to be implicitly an overrider but it isn't (e.g., because of a subtle parameter list mismatch); or the programmer did not intend the function to be an overrider but it is (because it happens to have the same signature as a virtual in the base class -- note this problem arises whether or not the function is explicitly declared virtual, because the programmer may have intended to create either a new virtual function or a new non-virtual function)
7080 ##### Enforcement
7082 * Compare virtual function names in base and derived classes and flag uses of the same name that does not override.
7083 * Flag overrides with neither `override` nor `final`.
7084 * Flag function declarations that use more than one of `virtual`, `override`, and `final`.
7086 ### <a name="Rh-kind"></a>C.129: When designing a class hierarchy, distinguish between implementation inheritance and interface inheritance
7088 ##### Reason
7090 Implementation details in an interface make the interface brittle;
7091 that is, make its users vulnerable to having to recompile after changes in the implementation.
7092 Data in a base class increases the complexity of implementing the base and can lead to replication of code.
7094 ##### Note
7096 Definition:
7098 * interface inheritance is the use of inheritance to separate users from implementations,
7099 in particular to allow derived classes to be added and changed without affecting the users of base classes.
7100 * implementation inheritance is the use of inheritance to simplify implementation of new facilities
7101 by making useful operations available for implementers of related new operations (sometimes called "programming by difference").
7103 A pure interface class is simply a set of pure virtual functions; see [I.25](#Ri-abstract).
7105 In early OOP (e.g., in the 1980s and 1990s), implementation inheritance and interface inheritance were often mixed
7106 and bad habits die hard.
7107 Even now, mixtures are not uncommon in old code bases and in old-style teaching material.
7109 The importance of keeping the two kinds of inheritance increases
7111 * with the size of a hierarchy (e.g., dozens of derived classes),
7112 * with the length of time the hierarchy is used (e.g., decades), and
7113 * with the number of distinct organizations in which a hierarchy is used
7114 (e.g., it can be difficult to distribute an update to a base class)
7117 ##### Example, bad
7119     class Shape {   // BAD, mixed interface and implementation
7120     public:
7121         Shape();
7122         Shape(Point ce = {0, 0}, Color co = none): cent{ce}, col {co} { /* ... */}
7124         Point center() const { return cent; }
7125         Color color() const { return col; }
7127         virtual void rotate(int) = 0;
7128         virtual void move(Point p) { cent = p; redraw(); }
7130         virtual void redraw();
7132         // ...
7133     private:
7134         Point cent;
7135         Color col;
7136     };
7138     class Circle : public Shape {
7139     public:
7140         Circle(Point c, int r) :Shape{c}, rad{r} { /* ... */ }
7142         // ...
7143     private:
7144         int rad;
7145     };
7147     class Triangle : public Shape {
7148     public:
7149         Triangle(Point p1, Point p2, Point p3); // calculate center
7150         // ...
7151     };
7153 Problems:
7155 * As the hierarchy grows and more data is added to `Shape`, the constructors get harder to write and maintain.
7156 * Why calculate the center for the `Triangle`? we may never use it.
7157 * Add a data member to `Shape` (e.g., drawing style or canvas)
7158 and all classes derived from `Shape` and all code using `Shape` will need to be reviewed, possibly changed, and probably recompiled.
7160 The implementation of `Shape::move()` is an example of implementation inheritance:
7161 we have defined `move()` once and for all for all derived classes.
7162 The more code there is in such base class member function implementations and the more data is shared by placing it in the base,
7163 the more benefits we gain - and the less stable the hierarchy is.
7165 ##### Example
7167 This Shape hierarchy can be rewritten using interface inheritance:
7169     class Shape {  // pure interface
7170     public:
7171         virtual Point center() const = 0;
7172         virtual Color color() const = 0;
7174         virtual void rotate(int) = 0;
7175         virtual void move(Point p) = 0;
7177         virtual void redraw() = 0;
7179         // ...
7180     };
7182 Note that a pure interface rarely has constructors: there is nothing to construct.
7184     class Circle : public Shape {
7185     public:
7186         Circle(Point c, int r, Color c) :cent{c}, rad{r}, col{c} { /* ... */ }
7188         Point center() const override { return cent; }
7189         Color color() const override { return col; }
7191         // ...
7192     private:
7193         Point cent;
7194         int rad;
7195         Color col;
7196     };
7198 The interface is now less brittle, but there is more work in implementing the member functions.
7199 For example, `center` has to be implemented by every class derived from `Shape`.
7201 ##### Example, dual hierarchy
7203 How can we gain the benefit of stable hierarchies from implementation hierarchies and the benefit of implementation reuse from implementation inheritance?
7204 One popular technique is dual hierarchies.
7205 There are many ways of implementing the idea of dual hierarchies; here, we use a multiple-inheritance variant.
7207 First we devise a hierarchy of interface classes:
7209     class Shape {   // pure interface
7210     public:
7211         virtual Point center() const = 0;
7212         virtual Color color() const = 0;
7214         virtual void rotate(int) = 0;
7215         virtual void move(Point p) = 0;
7217         virtual void redraw() = 0;
7219         // ...
7220     };
7222     class Circle : public virtual Shape {   // pure interface
7223     public:
7224         virtual int radius() = 0;
7225         // ...
7226     };
7228 To make this interface useful, we must provide its implementation classes (here, named equivalently, but in the `Impl` namespace):
7230     class Impl::Shape : public virtual ::Shape { // implementation
7231     public:
7232         // constructors, destructor
7233         // ...
7234         Point center() const override { /* ... */ }
7235         Color color() const override { /* ... */ }
7237         void rotate(int) override { /* ... */ }
7238         void move(Point p) override { /* ... */ }
7240         void redraw() override { /* ... */ }
7242         // ...
7243     };
7245 Now `Shape` is a poor example of a class with an implementation,
7246 but bear with us because this is just a simple example of a technique aimed at more complex hierarchies.
7248     class Impl::Circle : public virtual ::Circle, public Impl::Shape {   // implementation
7249     public:
7250         // constructors, destructor
7252         int radius() override { /* ... */ }
7253         // ...
7254     };
7256 And we could extend the hierarchies by adding a Smiley class (:-)):
7258     class Smiley : public virtual Circle { // pure interface
7259     public:
7260         // ...
7261     };
7263     class Impl::Smiley : public virtual ::Smiley, public Impl::Circle {   // implementation
7264     public:
7265         // constructors, destructor
7266         // ...
7267     }
7269 There are now two hierarchies:
7271 * interface: Smiley -> Circle -> Shape
7272 * implementation: Impl::Smiley -> Impl::Circle -> Impl::Shape
7274 Since each implementation is derived from its interface as well as its implementation base class we get a lattice (DAG):
7276     Smiley     ->         Circle     ->  Shape
7277       ^                     ^               ^
7278       |                     |               |
7279     Impl::Smiley -> Impl::Circle -> Impl::Shape
7281 As mentioned, this is just one way to construct a dual hierarchy.
7283 The implementation hierarchy can be used directly, rather than through the abstract interface.
7285     void work_with_shape(Shape&);
7287     int user()
7288     {
7289         Impl::Smiley my_smiley{ /* args */ };   // create concrete shape
7290         // ...
7291         my_smiley.some_member();        // use implementation class directly
7292         // ...
7293         work_with_shape(my_smiley);     // use implementation through abstract interface
7294         // ...
7295     }
7297 This can be useful when the implementation class has members that are not offered in the abstract interface
7298 or if direct use of a member offers optimization opportunities (e.g., if an implementation member function is `final`)
7300 ##### Note
7302 Another (related) technique for separating interface and implementation is [Pimpl](#Ri-pimpl).
7304 ##### Note
7306 There is often a choice between offering common functionality as (implemented) base class functions and free-standing functions
7307 (in an implementation namespace).
7308 Base classes gives a shorter notation and easier access to shared data (in the base)
7309 at the cost of the functionality being available only to users of the hierarchy.
7311 ##### Enforcement
7313 * Flag a derived to base conversion to a base with both data and virtual functions
7314 (except for calls from a derived class member to a base class member)
7315 * ???
7318 ### <a name="Rh-copy"></a>C.130: For making deep copies of polymorphic classes prefer a virtual `clone` function instead of copy construction/assignment
7320 ##### Reason
7322 Copying a polymorphic class is discouraged due to the slicing problem, see [C.67](#Rc-copy-virtual). If you really need copy semantics, copy deeply: Provide a virtual `clone` function that will copy the actual most-derived type and return an owning pointer to the new object, and then in derived classes return the derived type (use a covariant return type).
7324 ##### Example
7326     class B {
7327     public:
7328         virtual owner<B*> clone() = 0;
7329         virtual ~B() = default;
7331         B(const B&) = delete;
7332         B& operator=(const B&) = delete;
7333     };
7335     class D : public B {
7336     public:
7337         owner<D*> clone() override;
7338         ~D() override;
7339     };
7341 Generally, it is recommended to use smart pointers to represent ownership (see [R.20](#Rr-owner)). However, because of language rules, the covariant return type cannot be a smart pointer: `D::clone` can't return a `unique_ptr<D>` while `B::clone` returns `unique_ptr<B>`. Therefore, you either need to consistently return `unique_ptr<B>` in all overrides, or use `owner<>` utility from the [Guidelines Support Library](#SS-views).
7345 ### <a name="Rh-get"></a>C.131: Avoid trivial getters and setters
7347 ##### Reason
7349 A trivial getter or setter adds no semantic value; the data item could just as well be `public`.
7351 ##### Example
7353     class Point {   // Bad: verbose
7354         int x;
7355         int y;
7356     public:
7357         Point(int xx, int yy) : x{xx}, y{yy} { }
7358         int get_x() const { return x; }
7359         void set_x(int xx) { x = xx; }
7360         int get_y() const { return y; }
7361         void set_y(int yy) { y = yy; }
7362         // no behavioral member functions
7363     };
7365 Consider making such a class a `struct` -- that is, a behaviorless bunch of variables, all public data and no member functions.
7367     struct Point {
7368         int x {0};
7369         int y {0};
7370     };
7372 Note that we can put default initializers on member variables: [C.49: Prefer initialization to assignment in constructors](#Rc-initialize).
7374 ##### Note
7376 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.
7378 ##### Enforcement
7380 Flag multiple `get` and `set` member functions that simply access a member without additional semantics.
7382 ### <a name="Rh-virtual"></a>C.132: Don't make a function `virtual` without reason
7384 ##### Reason
7386 Redundant `virtual` increases run-time and object-code size.
7387 A virtual function can be overridden and is thus open to mistakes in a derived class.
7388 A virtual function ensures code replication in a templated hierarchy.
7390 ##### Example, bad
7392     template<class T>
7393     class Vector {
7394     public:
7395         // ...
7396         virtual int size() const { return sz; }   // bad: what good could a derived class do?
7397     private:
7398         T* elem;   // the elements
7399         int sz;    // number of elements
7400     };
7402 This kind of "vector" isn't meant to be used as a base class at all.
7404 ##### Enforcement
7406 * Flag a class with virtual functions but no derived classes.
7407 * Flag a class where all member functions are virtual and have implementations.
7409 ### <a name="Rh-protected"></a>C.133: Avoid `protected` data
7411 ##### Reason
7413 `protected` data is a source of complexity and errors.
7414 `protected` data complicates the statement of invariants.
7415 `protected` data inherently violates the guidance against putting data in base classes, which usually leads to having to deal with virtual inheritance as well.
7417 ##### Example, bad
7419     class Shape {
7420     public:
7421         // ... interface functions ...
7422     protected:
7423         // data for use in derived classes:
7424         Color fill_color;
7425         Color edge_color;
7426         Style st;
7427     };
7429 Now it is up to every derived `Shape` to manipulate the protected data correctly.
7430 This has been popular, but also a major source of maintenance problems.
7431 In a large class hierarchy, the consistent use of protected data is hard to maintain because there can be a lot of code,
7432 spread over a lot of classes.
7433 The set of classes that can touch that data is open: anyone can derive a new class and start manipulating the protected data.
7434 Often, it is not possible to examine the complete set of classes, so any change to the representation of the class becomes infeasible.
7435 There is no enforced invariant for the protected data; it is much like a set of global variables.
7436 The protected data has de facto become global to a large body of code.
7438 ##### Note
7440 Protected data often looks tempting to enable arbitrary improvements through derivation.
7441 Often, what you get is unprincipled changes and errors.
7442 [Prefer `private` data](#Rc-private) with a well-specified and enforced invariant.
7443 Alternative, and often better, [keep data out of any class used as an interface](#Rh-abstract).
7445 ##### Note
7447 Protected member function can be just fine.
7449 ##### Enforcement
7451 Flag classes with `protected` data.
7453 ### <a name="Rh-public"></a>C.134: Ensure all non-`const` data members have the same access level
7455 ##### Reason
7457 Prevention of logical confusion leading to errors.
7458 If the non-`const` data members don't have the same access level, the type is confused about what it's trying to do.
7459 Is it a type that maintains an invariant or simply a collection of values?
7461 ##### Discussion
7463 The core question is: What code is responsible for maintaining a meaningful/correct value for that variable?
7465 There are exactly two kinds of data members:
7467 * A: Ones that don't participate in the object's invariant. Any combination of values for these members is valid.
7468 * 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.
7470 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.
7472 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.
7474 Most classes are either all A or all B:
7476 * *All public*: If you're writing an aggregate bundle-of-variables without an invariant across those variables, then all the variables should be `public`.
7477   [By convention, declare such classes `struct` rather than `class`](#Rc-struct)
7478 * *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.
7480 ##### Exception
7482 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`).
7484 ##### Enforcement
7486 Flag any class that has non-`const` data members with different access levels.
7488 ### <a name="Rh-mi-interface"></a>C.135: Use multiple inheritance to represent multiple distinct interfaces
7490 ##### Reason
7492 Not all classes will necessarily support all interfaces, and not all callers will necessarily want to deal with all operations.
7493 Especially to break apart monolithic interfaces into "aspects" of behavior supported by a given derived class.
7495 ##### Example
7497     class iostream : public istream, public ostream {   // very simplified
7498         // ...
7499     };
7501 `istream` provides the interface to input operations; `ostream` provides the interface to output operations.
7502 `iostream` provides the union of the `istream` and `ostream` interfaces and the synchronization needed to allow both on a single stream.
7504 ##### Note
7506 This is a very common use of inheritance because the need for multiple different interfaces to an implementation is common
7507 and such interfaces are often not easily or naturally organized into a single-rooted hierarchy.
7509 ##### Note
7511 Such interfaces are typically abstract classes.
7513 ##### Enforcement
7517 ### <a name="Rh-mi-implementation"></a>C.136: Use multiple inheritance to represent the union of implementation attributes
7519 ##### Reason
7521 Some forms of mixins have state and often operations on that state.
7522 If the operations are virtual the use of inheritance is necessary, if not using inheritance can avoid boilerplate and forwarding.
7524 ##### Example
7526     class iostream : public istream, public ostream {   // very simplified
7527         // ...
7528     };
7530 `istream` provides the interface to input operations (and some data); `ostream` provides the interface to output operations (and some data).
7531 `iostream` provides the union of the `istream` and `ostream` interfaces and the synchronization needed to allow both on a single stream.
7533 ##### Note
7535 This a relatively rare use because implementation can often be organized into a single-rooted hierarchy.
7537 ##### Example
7539 Sometimes, an "implementation attribute" is more like a "mixin" that determine the behavior of an implementation and inject
7540 members to enable the implementation of the policies it requires.
7541 For example, see `std::enable_shared_from_this`
7542 or various bases from boost.intrusive (e.g. `list_base_hook` or `intrusive_ref_counter`).
7544 ##### Enforcement
7548 ### <a name="Rh-vbase"></a>C.137: Use `virtual` bases to avoid overly general base classes
7550 ##### Reason
7552  Allow separation of shared data and interface.
7553  To avoid all shared data to being put into an ultimate base class.
7555 ##### Example
7557     struct Interface {
7558         virtual void f();
7559         virtual int g();
7560         // ... no data here ...
7561     };
7563     class Utility {  // with data
7564         void utility1();
7565         virtual void utility2();    // customization point
7566     public:
7567         int x;
7568         int y;
7569     };
7571     class Derive1 : public Interface, virtual protected Utility {
7572         // override Interface functions
7573         // Maybe override Utility virtual functions
7574         // ...
7575     };
7577     class Derive2 : public Interface, virtual protected Utility {
7578         // override Interface functions
7579         // Maybe override Utility virtual functions
7580         // ...
7581     };
7583 Factoring out `Utility` makes sense if many derived classes share significant "implementation details."
7586 ##### Note
7588 Obviously, the example is too "theoretical", but it is hard to find a *small* realistic example.
7589 `Interface` is the root of an [interface hierarchy](#Rh-abstract)
7590 and `Utility` is the root of an [implementation hierarchy](#Rh-kind).
7591 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.
7593 ##### Note
7595 Often, linearization of a hierarchy is a better solution.
7597 ##### Enforcement
7599 Flag mixed interface and implementation hierarchies.
7601 ### <a name="Rh-using"></a>C.138: Create an overload set for a derived class and its bases with `using`
7603 ##### Reason
7605 Without a using declaration, member functions in the derived class hide the entire inherited overload sets.
7607 ##### Example, bad
7609     #include <iostream>
7610     class B {
7611     public:
7612         virtual int f(int i) { std::cout << "f(int): "; return i; }
7613         virtual double f(double d) { std::cout << "f(double): "; return d; }
7614         virtual ~B() = default;
7615     };
7616     class D: public B {
7617     public:
7618         int f(int i) override { std::cout << "f(int): "; return i + 1; }
7619     };
7620     int main()
7621     {
7622         D d;
7623         std::cout << d.f(2) << '\n';   // prints "f(int): 3"
7624         std::cout << d.f(2.3) << '\n'; // prints "f(int): 3"
7625     }
7627 ##### Example, good
7629     class D: public B {
7630     public:
7631         int f(int i) override { std::cout << "f(int): "; return i + 1; }
7632         using B::f; // exposes f(double)
7633     };
7635 ##### Note
7637 This issue affects both virtual and non-virtual member functions
7639 For variadic bases, C++17 introduced a variadic form of the using-declaration,
7641     template <class... Ts>
7642     struct Overloader : Ts... {
7643         using Ts::operator()...; // exposes operator() from every base
7644     };
7646 ##### Enforcement
7648 Diagnose name hiding
7650 ### <a name="Rh-final"></a>C.139: Use `final` sparingly
7652 ##### Reason
7654 Capping a hierarchy with `final` is rarely needed for logical reasons and can be damaging to the extensibility of a hierarchy.
7656 ##### Example, bad
7658     class Widget { /* ... */ };
7660     // nobody will ever want to improve My_widget (or so you thought)
7661     class My_widget final : public Widget { /* ... */ };
7663     class My_improved_widget : public My_widget { /* ... */ };  // error: can't do that
7665 ##### Note
7667 Not every class is meant to be a base class.
7668 Most standard-library classes are examples of that (e.g., `std::vector` and `std::string` are not designed to be derived from).
7669 This rule is about using `final` on classes with virtual functions meant to be interfaces for a class hierarchy.
7671 ##### Note
7673 Capping an individual virtual function with `final` is error-prone as `final` can easily be overlooked when defining/overriding a set of functions.
7674 Fortunately, the compiler catches such mistakes: You cannot re-declare/re-open a `final` member in a derived class.
7676 ##### Note
7678 Claims of performance improvements from `final` should be substantiated.
7679 Too often, such claims are based on conjecture or experience with other languages.
7681 There are examples where `final` can be important for both logical and performance reasons.
7682 One example is a performance-critical AST hierarchy in a compiler or language analysis tool.
7683 New derived classes are not added every year and only by library implementers.
7684 However, misuses are (or at least have been) far more common.
7686 ##### Enforcement
7688 Flag uses of `final`.
7691 ### <a name="Rh-virtual-default-arg"></a>C.140: Do not provide different default arguments for a virtual function and an overrider
7693 ##### Reason
7695 That can cause confusion: An overrider does not inherit default arguments.
7697 ##### Example, bad
7699     class Base {
7700     public:
7701         virtual int multiply(int value, int factor = 2) = 0;
7702         virtual ~Base() = default;
7703     };
7705     class Derived : public Base {
7706     public:
7707         int multiply(int value, int factor = 10) override;
7708     };
7710     Derived d;
7711     Base& b = d;
7713     b.multiply(10);  // these two calls will call the same function but
7714     d.multiply(10);  // with different arguments and so different results
7716 ##### Enforcement
7718 Flag default arguments on virtual functions if they differ between base and derived declarations.
7720 ## C.hier-access: Accessing objects in a hierarchy
7722 ### <a name="Rh-poly"></a>C.145: Access polymorphic objects through pointers and references
7724 ##### Reason
7726 If you have a class with a virtual function, you don't (in general) know which class provided the function to be used.
7728 ##### Example
7730     struct B { int a; virtual int f(); virtual ~B() = default };
7731     struct D : B { int b; int f() override; };
7733     void use(B b)
7734     {
7735         D d;
7736         B b2 = d;   // slice
7737         B b3 = b;
7738     }
7740     void use2()
7741     {
7742         D d;
7743         use(d);   // slice
7744     }
7746 Both `d`s are sliced.
7748 ##### Exception
7750 You can safely access a named polymorphic object in the scope of its definition, just don't slice it.
7752     void use3()
7753     {
7754         D d;
7755         d.f();   // OK
7756     }
7758 ##### See also
7760 [A polymorphic class should suppress copying](#Rc-copy-virtual)
7762 ##### Enforcement
7764 Flag all slicing.
7766 ### <a name="Rh-dynamic_cast"></a>C.146: Use `dynamic_cast` where class hierarchy navigation is unavoidable
7768 ##### Reason
7770 `dynamic_cast` is checked at run time.
7772 ##### Example
7774     struct B {   // an interface
7775         virtual void f();
7776         virtual void g();
7777         virtual ~B();
7778     };
7780     struct D : B {   // a wider interface
7781         void f() override;
7782         virtual void h();
7783     };
7785     void user(B* pb)
7786     {
7787         if (D* pd = dynamic_cast<D*>(pb)) {
7788             // ... use D's interface ...
7789         }
7790         else {
7791             // ... make do with B's interface ...
7792         }
7793     }
7795 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`:
7797     void user2(B* pb)   // bad
7798     {
7799         D* pd = static_cast<D*>(pb);    // I know that pb really points to a D; trust me
7800         // ... use D's interface ...
7801     }
7803     void user3(B* pb)    // unsafe
7804     {
7805         if (some_condition) {
7806             D* pd = static_cast<D*>(pb);   // I know that pb really points to a D; trust me
7807             // ... use D's interface ...
7808         }
7809         else {
7810             // ... make do with B's interface ...
7811         }
7812     }
7814     void f()
7815     {
7816         B b;
7817         user(&b);   // OK
7818         user2(&b);  // bad error
7819         user3(&b);  // OK *if* the programmer got the some_condition check right
7820     }
7822 ##### Note
7824 Like other casts, `dynamic_cast` is overused.
7825 [Prefer virtual functions to casting](#Rh-use-virtual).
7826 Prefer [static polymorphism](#???) to hierarchy navigation where it is possible (no run-time resolution necessary)
7827 and reasonably convenient.
7829 ##### Note
7831 Some people use `dynamic_cast` where a `typeid` would have been more appropriate;
7832 `dynamic_cast` is a general "is kind of" operation for discovering the best interface to an object,
7833 whereas `typeid` is a "give me the exact type of this object" operation to discover the actual type of an object.
7834 The latter is an inherently simpler operation that ought to be faster.
7835 The latter (`typeid`) is easily hand-crafted if necessary (e.g., if working on a system where RTTI is -- for some reason -- prohibited),
7836 the former (`dynamic_cast`) is far harder to implement correctly in general.
7838 Consider:
7840     struct B {
7841         const char* name {"B"};
7842         // if pb1->id() == pb2->id() *pb1 is the same type as *pb2
7843         virtual const char* id() const { return name; }
7844         // ...
7845     };
7847     struct D : B {
7848         const char* name {"D"};
7849         const char* id() const override { return name; }
7850         // ...
7851     };
7853     void use()
7854     {
7855         B* pb1 = new B;
7856         B* pb2 = new D;
7858         cout << pb1->id(); // "B"
7859         cout << pb2->id(); // "D"
7862         if (pb1->id() == "D") {         // looks innocent
7863             D* pd = static_cast<D*>(pb1);
7864             // ...
7865         }
7866         // ...
7867     }
7869 The result of `pb2->id() == "D"` is actually implementation defined.
7870 We added it to warn of the dangers of home-brew RTTI.
7871 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.
7873 If you implement your own RTTI, be careful.
7875 ##### Exception
7877 If your implementation provided a really slow `dynamic_cast`, you may have to use a workaround.
7878 However, all workarounds that cannot be statically resolved involve explicit casting (typically `static_cast`) and are error-prone.
7879 You will basically be crafting your own special-purpose `dynamic_cast`.
7880 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)
7881 and that your use of `dynamic_cast` is really performance critical.
7883 We are of the opinion that current implementations of `dynamic_cast` are unnecessarily slow.
7884 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).
7885 However, compatibility makes changes difficult even if all agree that an effort to optimize is worthwhile.
7887 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.
7889 ##### Exception
7891 Consider:
7893     template<typename B>
7894     class Dx : B {
7895         // ...
7896     };
7898 ##### Enforcement
7900 * Flag all uses of `static_cast` for downcasts, including C-style casts that perform a `static_cast`.
7901 * This rule is part of the [type-safety profile](#Pro-type-downcast).
7903 ### <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
7905 ##### Reason
7907 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.
7909 ##### Example
7911     ???
7913 ##### Enforcement
7917 ### <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
7919 ##### Reason
7921 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.
7923 Contrast with [C.147](#Rh-ptr-cast), where failure is an error, and should not be used for conditional execution.
7925 ##### Example
7927 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.
7928 In this example, `Shape` does not inherit from `Geometric_attributes`. Only its subclasses do.
7930     void add(Shape* const item)
7931     {
7932       // Ownership is always taken
7933       owned_shapes.emplace_back(item);
7935       // Check the Geometric_attributes and add the shape to none/one/some/all of the views
7937       if (auto even = dynamic_cast<Even_sided*>(item))
7938       {
7939         view_of_evens.emplace_back(even);
7940       }
7942       if (auto trisym = dynamic_cast<Trilaterally_symmetrical*>(item))
7943       {
7944         view_of_trisyms.emplace_back(trisym);
7945       }
7946     }
7948 ##### Notes
7950 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.
7951 Therefore the result of the `dynamic_cast` should always be treated as if it may contain a null value, and tested.
7953 ##### Enforcement
7955 * (Complex) Unless there is a null test on the result of a `dynamic_cast` of a pointer type, warn upon dereference of the pointer.
7957 ### <a name="Rh-smart"></a>C.149: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to avoid forgetting to `delete` objects created using `new`
7959 ##### Reason
7961 Avoid resource leaks.
7963 ##### Example
7965     void use(int i)
7966     {
7967         auto p = new int {7};           // bad: initialize local pointers with new
7968         auto q = make_unique<int>(9);   // ok: guarantee the release of the memory-allocated for 9
7969         if (0 < i) return;              // maybe return and leak
7970         delete p;                       // too late
7971     }
7973 ##### Enforcement
7975 * Flag initialization of a naked pointer with the result of a `new`
7976 * Flag `delete` of local variable
7978 ### <a name="Rh-make_unique"></a>C.150: Use `make_unique()` to construct objects owned by `unique_ptr`s
7980 ##### Reason
7982 `make_unique` gives a more concise statement of the construction.
7983 It also ensures exception safety in complex expressions.
7985 ##### Example
7987     unique_ptr<Foo> p {new Foo{7}};    // OK: but repetitive
7989     auto q = make_unique<Foo>(7);      // Better: no repetition of Foo
7991     // Not exception-safe: the compiler may interleave the computations of arguments as follows:
7992     //
7993     // 1. allocate memory for Foo,
7994     // 2. construct Foo,
7995     // 3. call bar,
7996     // 4. construct unique_ptr<Foo>.
7997     //
7998     // If bar throws, Foo will not be destroyed, and the memory-allocated for it will leak.
7999     f(unique_ptr<Foo>(new Foo()), bar());
8001     // Exception-safe: calls to functions are never interleaved.
8002     f(make_unique<Foo>(), bar());
8004 ##### Enforcement
8006 * Flag the repetitive usage of template specialization list `<Foo>`
8007 * Flag variables declared to be `unique_ptr<Foo>`
8009 ### <a name="Rh-make_shared"></a>C.151: Use `make_shared()` to construct objects owned by `shared_ptr`s
8011 ##### Reason
8013 `make_shared` gives a more concise statement of the construction.
8014 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.
8016 ##### Example
8018     void test() {
8019         // OK: but repetitive; and separate allocations for the Bar and shared_ptr's use count
8020         shared_ptr<Bar> p {new Bar{7}};
8022         auto q = make_shared<Bar>(7);   // Better: no repetition of Bar; one object
8023     }
8025 ##### Enforcement
8027 * Flag the repetitive usage of template specialization list`<Bar>`
8028 * Flag variables declared to be `shared_ptr<Bar>`
8030 ### <a name="Rh-array"></a>C.152: Never assign a pointer to an array of derived class objects to a pointer to its base
8032 ##### Reason
8034 Subscripting the resulting base pointer will lead to invalid object access and probably to memory corruption.
8036 ##### Example
8038     struct B { int x; };
8039     struct D : B { int y; };
8041     void use(B*);
8043     D a[] = {{1, 2}, {3, 4}, {5, 6}};
8044     B* p = a;     // bad: a decays to &a[0] which is converted to a B*
8045     p[1].x = 7;   // overwrite D[0].y
8047     use(a);       // bad: a decays to &a[0] which is converted to a B*
8049 ##### Enforcement
8051 * Flag all combinations of array decay and base to derived conversions.
8052 * 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`
8055 ### <a name="Rh-use-virtual"></a>C.153: Prefer virtual function to casting
8057 ##### Reason
8059 A virtual function call is safe, whereas casting is error-prone.
8060 A virtual function call reaches the most derived function, whereas a cast may reach an intermediate class and therefore
8061 give a wrong result (especially as a hierarchy is modified during maintenance).
8063 ##### Example
8065     ???
8067 ##### Enforcement
8069 See [C.146](#Rh-dynamic_cast) and ???
8071 ## <a name="SS-overload"></a>C.over: Overloading and overloaded operators
8073 You can overload ordinary functions, template functions, and operators.
8074 You cannot overload function objects.
8076 Overload rule summary:
8078 * [C.160: Define operators primarily to mimic conventional usage](#Ro-conventional)
8079 * [C.161: Use non-member functions for symmetric operators](#Ro-symmetric)
8080 * [C.162: Overload operations that are roughly equivalent](#Ro-equivalent)
8081 * [C.163: Overload only for operations that are roughly equivalent](#Ro-equivalent-2)
8082 * [C.164: Avoid implicit conversion operators](#Ro-conversion)
8083 * [C.165: Use `using` for customization points](#Ro-custom)
8084 * [C.166: Overload unary `&` only as part of a system of smart pointers and references](#Ro-address-of)
8085 * [C.167: Use an operator for an operation with its conventional meaning](#Ro-overload)
8086 * [C.168: Define overloaded operators in the namespace of their operands](#Ro-namespace)
8087 * [C.170: If you feel like overloading a lambda, use a generic lambda](#Ro-lambda)
8089 ### <a name="Ro-conventional"></a>C.160: Define operators primarily to mimic conventional usage
8091 ##### Reason
8093 Minimize surprises.
8095 ##### Example
8097     class X {
8098     public:
8099         // ...
8100         X& operator=(const X&); // member function defining assignment
8101         friend bool operator==(const X&, const X&); // == needs access to representation
8102                                                     // after a = b we have a == b
8103         // ...
8104     };
8106 Here, the conventional semantics is maintained: [Copies compare equal](#SS-copy).
8108 ##### Example, bad
8110     X operator+(X a, X b) { return a.v - b.v; }   // bad: makes + subtract
8112 ##### Note
8114 Non-member operators should be either friends or defined in [the same namespace as their operands](#Ro-namespace).
8115 [Binary operators should treat their operands equivalently](#Ro-symmetric).
8117 ##### Enforcement
8119 Possibly impossible.
8121 ### <a name="Ro-symmetric"></a>C.161: Use non-member functions for symmetric operators
8123 ##### Reason
8125 If you use member functions, you need two.
8126 Unless you use a non-member function for (say) `==`, `a == b` and `b == a` will be subtly different.
8128 ##### Example
8130     bool operator==(Point a, Point b) { return a.x == b.x && a.y == b.y; }
8132 ##### Enforcement
8134 Flag member operator functions.
8136 ### <a name="Ro-equivalent"></a>C.162: Overload operations that are roughly equivalent
8138 ##### Reason
8140 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.
8142 ##### Example
8144 Consider:
8146     void print(int a);
8147     void print(int a, int base);
8148     void print(const string&);
8150 These three functions all print their arguments (appropriately). Conversely:
8152     void print_int(int a);
8153     void print_based(int a, int base);
8154     void print_string(const string&);
8156 These three functions all print their arguments (appropriately). Adding to the name just introduced verbosity and inhibits generic code.
8158 ##### Enforcement
8162 ### <a name="Ro-equivalent-2"></a>C.163: Overload only for operations that are roughly equivalent
8164 ##### Reason
8166 Having the same name for logically different functions is confusing and leads to errors when using generic programming.
8168 ##### Example
8170 Consider:
8172     void open_gate(Gate& g);   // remove obstacle from garage exit lane
8173     void fopen(const char* name, const char* mode);   // open file
8175 The two operations are fundamentally different (and unrelated) so it is good that their names differ. Conversely:
8177     void open(Gate& g);   // remove obstacle from garage exit lane
8178     void open(const char* name, const char* mode ="r");   // open file
8180 The two operations are still fundamentally different (and unrelated) but the names have been reduced to their (common) minimum, opening opportunities for confusion.
8181 Fortunately, the type system will catch many such mistakes.
8183 ##### Note
8185 Be particularly careful about common and popular names, such as `open`, `move`, `+`, and `==`.
8187 ##### Enforcement
8191 ### <a name="Ro-conversion"></a>C.164: Avoid implicit conversion operators
8193 ##### Reason
8195 Implicit conversions can be essential (e.g., `double` to `int`) but often cause surprises (e.g., `String` to C-style string).
8197 ##### Note
8199 Prefer explicitly named conversions until a serious need is demonstrated.
8200 By "serious need" we mean a reason that is fundamental in the application domain (such as an integer to complex number conversion)
8201 and frequently needed. Do not introduce implicit conversions (through conversion operators or non-`explicit` constructors)
8202 just to gain a minor convenience.
8204 ##### Example
8206     struct S1 {
8207         string s;
8208         // ...
8209         operator char*() { return s.data(); }  // BAD, likely to cause surprises
8210     };
8212     struct S2 {
8213         string s;
8214         // ...
8215         explicit operator char*() { return s.data(); }
8216     };
8218     void f(S1 s1, S2 s2)
8219     {
8220         char* x1 = s1;     // OK, but can cause surprises in many contexts
8221         char* x2 = s2;     // error (and that's usually a good thing)
8222         char* x3 = static_cast<char*>(s2); // we can be explicit (on your head be it)
8223     }
8225 The surprising and potentially damaging implicit conversion can occur in arbitrarily hard-to spot contexts, e.g.,
8227     S1 ff();
8229     char* g()
8230     {
8231         return ff();
8232     }
8234 The string returned by `ff()` is destroyed before the returned pointer into it can be used.
8236 ##### Enforcement
8238 Flag all conversion operators.
8240 ### <a name="Ro-custom"></a>C.165: Use `using` for customization points
8242 ##### Reason
8244 To find function objects and functions defined in a separate namespace to "customize" a common function.
8246 ##### Example
8248 Consider `swap`. It is a general (standard-library) function with a definition that will work for just about any type.
8249 However, it is desirable to define specific `swap()`s for specific types.
8250 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.
8252     namespace N {
8253         My_type X { /* ... */ };
8254         void swap(X&, X&);   // optimized swap for N::X
8255         // ...
8256     }
8258     void f1(N::X& a, N::X& b)
8259     {
8260         std::swap(a, b);   // probably not what we wanted: calls std::swap()
8261     }
8263 The `std::swap()` in `f1()` does exactly what we asked it to do: it calls the `swap()` in namespace `std`.
8264 Unfortunately, that's probably not what we wanted.
8265 How do we get `N::X` considered?
8267     void f2(N::X& a, N::X& b)
8268     {
8269         swap(a, b);   // calls N::swap
8270     }
8272 But that may not be what we wanted for generic code.
8273 There, we typically want the specific function if it exists and the general function if not.
8274 This is done by including the general function in the lookup for the function:
8276     void f3(N::X& a, N::X& b)
8277     {
8278         using std::swap;  // make std::swap available
8279         swap(a, b);        // calls N::swap if it exists, otherwise std::swap
8280     }
8282 ##### Enforcement
8284 Unlikely, except for known customization points, such as `swap`.
8285 The problem is that the unqualified and qualified lookups both have uses.
8287 ### <a name="Ro-address-of"></a>C.166: Overload unary `&` only as part of a system of smart pointers and references
8289 ##### Reason
8291 The `&` operator is fundamental in C++.
8292 Many parts of the C++ semantics assumes its default meaning.
8294 ##### Example
8296     class Ptr { // a somewhat smart pointer
8297         Ptr(X* pp) :p(pp) { /* check */ }
8298         X* operator->() { /* check */ return p; }
8299         X operator[](int i);
8300         X operator*();
8301     private:
8302         T* p;
8303     };
8305     class X {
8306         Ptr operator&() { return Ptr{this}; }
8307         // ...
8308     };
8310 ##### Note
8312 If you "mess with" operator `&` be sure that its definition has matching meanings for `->`, `[]`, `*`, and `.` on the result type.
8313 Note that operator `.` currently cannot be overloaded so a perfect system is impossible.
8314 We hope to remedy that: <http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4477.pdf>.
8315 Note that `std::addressof()` always yields a built-in pointer.
8317 ##### Enforcement
8319 Tricky. Warn if `&` is user-defined without also defining `->` for the result type.
8321 ### <a name="Ro-overload"></a>C.167: Use an operator for an operation with its conventional meaning
8323 ##### Reason
8325 Readability. Convention. Reusability. Support for generic code
8327 ##### Example
8329     void cout_my_class(const My_class& c) // confusing, not conventional,not generic
8330     {
8331         std::cout << /* class members here */;
8332     }
8334     std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const my_class& c) // OK
8335     {
8336         return os << /* class members here */;
8337     }
8339 By itself, `cout_my_class` would be OK, but it is not usable/composable with code that rely on the `<<` convention for output:
8341     My_class var { /* ... */ };
8342     // ...
8343     cout << "var = " << var << '\n';
8345 ##### Note
8347 There are strong and vigorous conventions for the meaning most operators, such as
8349 * comparisons (`==`, `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`),
8350 * arithmetic operations (`+`, `-`, `*`, `/`, and `%`)
8351 * access operations (`.`, `->`, unary `*`, and `[]`)
8352 * assignment (`=`)
8354 Don't define those unconventionally and don't invent your own names for them.
8356 ##### Enforcement
8358 Tricky. Requires semantic insight.
8360 ### <a name="Ro-namespace"></a>C.168: Define overloaded operators in the namespace of their operands
8362 ##### Reason
8364 Readability.
8365 Ability for find operators using ADL.
8366 Avoiding inconsistent definition in different namespaces
8368 ##### Example
8370     struct S { };
8371     bool operator==(S, S);   // OK: in the same namespace as S, and even next to S
8372     S s;
8374     bool x = (s == s);
8376 This is what a default `==` would do, if we had such defaults.
8378 ##### Example
8380     namespace N {
8381         struct S { };
8382         bool operator==(S, S);   // OK: in the same namespace as S, and even next to S
8383     }
8385     N::S s;
8387     bool x = (s == s);  // finds N::operator==() by ADL
8389 ##### Example, bad
8391     struct S { };
8392     S s;
8394     namespace N {
8395         S::operator!(S a) { return true; }
8396         S not_s = !s;
8397     }
8399     namespace M {
8400         S::operator!(S a) { return false; }
8401         S not_s = !s;
8402     }
8404 Here, the meaning of `!s` differs in `N` and `M`.
8405 This can be most confusing.
8406 Remove the definition of `namespace M` and the confusion is replaced by an opportunity to make the mistake.
8408 ##### Note
8410 If a binary operator is defined for two types that are defined in different namespaces, you cannot follow this rule.
8411 For example:
8413     Vec::Vector operator*(const Vec::Vector&, const Mat::Matrix&);
8415 This may be something best avoided.
8417 ##### See also
8419 This is a special case of the rule that [helper functions should be defined in the same namespace as their class](#Rc-helper).
8421 ##### Enforcement
8423 * Flag operator definitions that are not it the namespace of their operands
8425 ### <a name="Ro-lambda"></a>C.170: If you feel like overloading a lambda, use a generic lambda
8427 ##### Reason
8429 You cannot overload by defining two different lambdas with the same name.
8431 ##### Example
8433     void f(int);
8434     void f(double);
8435     auto f = [](char);   // error: cannot overload variable and function
8437     auto g = [](int) { /* ... */ };
8438     auto g = [](double) { /* ... */ };   // error: cannot overload variables
8440     auto h = [](auto) { /* ... */ };   // OK
8442 ##### Enforcement
8444 The compiler catches the attempt to overload a lambda.
8446 ## <a name="SS-union"></a>C.union: Unions
8448 A `union` is a `struct` where all members start at the same address so that it can hold only one member at a time.
8449 A `union` does not keep track of which member is stored so the programmer has to get it right;
8450 this is inherently error-prone, but there are ways to compensate.
8452 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*.
8454 Union rule summary:
8456 * [C.180: Use `union`s to save Memory](#Ru-union)
8457 * [C.181: Avoid "naked" `union`s](#Ru-naked)
8458 * [C.182: Use anonymous `union`s to implement tagged unions](#Ru-anonymous)
8459 * [C.183: Don't use a `union` for type punning](#Ru-pun)
8460 * ???
8462 ### <a name="Ru-union"></a>C.180: Use `union`s to save memory
8464 ##### Reason
8466 A `union` allows a single piece of memory to be used for different types of objects at different times.
8467 Consequently, it can be used to save memory when we have several objects that are never used at the same time.
8469 ##### Example
8471     union Value {
8472         int x;
8473         double d;
8474     };
8476     Value v = { 123 };  // now v holds an int
8477     cout << v.x << '\n';    // write 123
8478     v.d = 987.654;  // now v holds a double
8479     cout << v.d << '\n';    // write 987.654
8481 But heed the warning: [Avoid "naked" `union`s](#Ru-naked)
8483 ##### Example
8485     // Short-string optimization
8487     constexpr size_t buffer_size = 16; // Slightly larger than the size of a pointer
8489     class Immutable_string {
8490     public:
8491         Immutable_string(const char* str) :
8492             size(strlen(str))
8493         {
8494             if (size < buffer_size)
8495                 strcpy_s(string_buffer, buffer_size, str);
8496             else {
8497                 string_ptr = new char[size + 1];
8498                 strcpy_s(string_ptr, size + 1, str);
8499             }
8500         }
8502         ~Immutable_string()
8503         {
8504             if (size >= buffer_size)
8505                 delete[] string_ptr;
8506         }
8508         const char* get_str() const
8509         {
8510             return (size < buffer_size) ? string_buffer : string_ptr;
8511         }
8513     private:
8514         // If the string is short enough, we store the string itself
8515         // instead of a pointer to the string.
8516         union {
8517             char* string_ptr;
8518             char string_buffer[buffer_size];
8519         };
8521         const size_t size;
8522     };
8524 ##### Enforcement
8528 ### <a name="Ru-naked"></a>C.181: Avoid "naked" `union`s
8530 ##### Reason
8532 A *naked union* is a union without an associated indicator which member (if any) it holds,
8533 so that the programmer has to keep track.
8534 Naked unions are a source of type errors.
8536 ##### Example, bad
8538     union Value {
8539         int x;
8540         double d;
8541     };
8543     Value v;
8544     v.d = 987.654;  // v holds a double
8546 So far, so good, but we can easily misuse the `union`:
8548     cout << v.x << '\n';    // BAD, undefined behavior: v holds a double, but we read it as an int
8550 Note that the type error happened without any explicit cast.
8551 When we tested that program the last value printed was `1683627180` which is the integer value for the bit pattern for `987.654`.
8552 What we have here is an "invisible" type error that happens to give a result that could easily look innocent.
8554 And, talking about "invisible", this code produced no output:
8556     v.x = 123;
8557     cout << v.d << '\n';    // BAD: undefined behavior
8559 ##### Alternative
8561 Wrap a `union` in a class together with a type field.
8563 The C++17 `variant` type (found in `<variant>`) does that for you:
8565     variant<int, double> v;
8566     v = 123;        // v holds an int
8567     int x = get<int>(v);
8568     v = 123.456;    // v holds a double
8569     w = get<double>(v);
8571 ##### Enforcement
8575 ### <a name="Ru-anonymous"></a>C.182: Use anonymous `union`s to implement tagged unions
8577 ##### Reason
8579 A well-designed tagged union is type safe.
8580 An *anonymous* union simplifies the definition of a class with a (tag, union) pair.
8582 ##### Example
8584 This example is mostly borrowed from TC++PL4 pp216-218.
8585 You can look there for an explanation.
8587 The code is somewhat elaborate.
8588 Handling a type with user-defined assignment and destructor is tricky.
8589 Saving programmers from having to write such code is one reason for including `variant` in the standard.
8591     class Value { // two alternative representations represented as a union
8592     private:
8593         enum class Tag { number, text };
8594         Tag type; // discriminant
8596         union { // representation (note: anonymous union)
8597             int i;
8598             string s; // string has default constructor, copy operations, and destructor
8599         };
8600     public:
8601         struct Bad_entry { }; // used for exceptions
8603         ~Value();
8604         Value& operator=(const Value&);   // necessary because of the string variant
8605         Value(const Value&);
8606         // ...
8607         int number() const;
8608         string text() const;
8610         void set_number(int n);
8611         void set_text(const string&);
8612         // ...
8613     };
8615     int Value::number() const
8616     {
8617         if (type != Tag::number) throw Bad_entry{};
8618         return i;
8619     }
8621     string Value::text() const
8622     {
8623         if (type != Tag::text) throw Bad_entry{};
8624         return s;
8625     }
8627     void Value::set_number(int n)
8628     {
8629         if (type == Tag::text) {
8630             s.~string();      // explicitly destroy string
8631             type = Tag::number;
8632         }
8633         i = n;
8634     }
8636     void Value::set_text(const string& ss)
8637     {
8638         if (type == Tag::text)
8639             s = ss;
8640         else {
8641             new(&s) string{ss};   // placement new: explicitly construct string
8642             type = Tag::text;
8643         }
8644     }
8646     Value& Value::operator=(const Value& e)   // necessary because of the string variant
8647     {
8648         if (type == Tag::text && e.type == Tag::text) {
8649             s = e.s;    // usual string assignment
8650             return *this;
8651         }
8653         if (type == Tag::text) s.~string(); // explicit destroy
8655         switch (e.type) {
8656         case Tag::number:
8657             i = e.i;
8658             break;
8659         case Tag::text:
8660             new(&s) string(e.s);   // placement new: explicit construct
8661         }
8663         type = e.type;
8664         return *this;
8665     }
8667     Value::~Value()
8668     {
8669         if (type == Tag::text) s.~string(); // explicit destroy
8670     }
8672 ##### Enforcement
8676 ### <a name="Ru-pun"></a>C.183: Don't use a `union` for type punning
8678 ##### Reason
8680 It is undefined behavior to read a `union` member with a different type from the one with which it was written.
8681 Such punning is invisible, or at least harder to spot than using a named cast.
8682 Type punning using a `union` is a source of errors.
8684 ##### Example, bad
8686     union Pun {
8687         int x;
8688         unsigned char c[sizeof(int)];
8689     };
8691 The idea of `Pun` is to be able to look at the character representation of an `int`.
8693     void bad(Pun& u)
8694     {
8695         u.x = 'x';
8696         cout << u.c[0] << '\n';     // undefined behavior
8697     }
8699 If you wanted to see the bytes of an `int`, use a (named) cast:
8701     void if_you_must_pun(int& x)
8702     {
8703         auto p = reinterpret_cast<unsigned char*>(&x);
8704         cout << p[0] << '\n';     // OK; better
8705         // ...
8706     }
8708 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),
8709 but at least we can see that something tricky is going on.
8711 ##### Note
8713 Unfortunately, `union`s are commonly used for type punning.
8714 We don't consider "sometimes, it works as expected" a strong argument.
8716 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.
8718 ##### Enforcement
8724 # <a name="S-enum"></a>Enum: Enumerations
8726 Enumerations are used to define sets of integer values and for defining types for such sets of values.
8727 There are two kind of enumerations, "plain" `enum`s and `class enum`s.
8729 Enumeration rule summary:
8731 * [Enum.1: Prefer enumerations over macros](#Renum-macro)
8732 * [Enum.2: Use enumerations to represent sets of related named constants](#Renum-set)
8733 * [Enum.3: Prefer `enum class`es over "plain" `enum`s](#Renum-class)
8734 * [Enum.4: Define operations on enumerations for safe and simple use](#Renum-oper)
8735 * [Enum.5: Don't use `ALL_CAPS` for enumerators](#Renum-caps)
8736 * [Enum.6: Avoid unnamed enumerations](#Renum-unnamed)
8737 * [Enum.7: Specify the underlying type of an enumeration only when necessary](#Renum-underlying)
8738 * [Enum.8: Specify enumerator values only when necessary](#Renum-value)
8740 ### <a name="Renum-macro"></a>Enum.1: Prefer enumerations over macros
8742 ##### Reason
8744 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.
8746 ##### Example
8748 First some bad old code:
8750     // webcolors.h (third party header)
8751     #define RED   0xFF0000
8752     #define GREEN 0x00FF00
8753     #define BLUE  0x0000FF
8755     // productinfo.h
8756     // The following define product subtypes based on color
8757     #define RED    0
8758     #define PURPLE 1
8759     #define BLUE   2
8761     int webby = BLUE;   // webby == 2; probably not what was desired
8763 Instead use an `enum`:
8765     enum class Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
8766     enum class Product_info { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
8768     int webby = blue;   // error: be specific
8769     Web_color webby = Web_color::blue;
8771 We used an `enum class` to avoid name clashes.
8773 ##### Enforcement
8775 Flag macros that define integer values.
8778 ### <a name="Renum-set"></a>Enum.2: Use enumerations to represent sets of related named constants
8780 ##### Reason
8782 An enumeration shows the enumerators to be related and can be a named type.
8786 ##### Example
8788     enum class Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
8791 ##### Note
8793 Switching on an enumeration is common and the compiler can warn against unusual patterns of case labels. For example:
8795     enum class Product_info { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
8797     void print(Product_info inf)
8798     {
8799         switch (inf) {
8800         case Product_info::red: cout << "red"; break;
8801         case Product_info::purple: cout << "purple"; break;
8802         }
8803     }
8805 Such off-by-one `switch`-statements are often the results of an added enumerator and insufficient testing.
8807 ##### Enforcement
8809 * Flag `switch`-statements where the `case`s cover most but not all enumerators of an enumeration.
8810 * Flag `switch`-statements where the `case`s cover a few enumerators of an enumeration, but has no `default`.
8813 ### <a name="Renum-class"></a>Enum.3: Prefer class enums over "plain" enums
8815 ##### Reason
8817 To minimize surprises: traditional enums convert to int too readily.
8819 ##### Example
8821     void Print_color(int color);
8823     enum Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
8824     enum Product_info { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
8826     Web_color webby = Web_color::blue;
8828     // Clearly at least one of these calls is buggy.
8829     Print_color(webby);
8830     Print_color(Product_info::blue);
8832 Instead use an `enum class`:
8834     void Print_color(int color);
8836     enum class Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
8837     enum class Product_info { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
8839     Web_color webby = Web_color::blue;
8840     Print_color(webby);  // Error: cannot convert Web_color to int.
8841     Print_color(Product_info::red);  // Error: cannot convert Product_info to int.
8843 ##### Enforcement
8845 (Simple) Warn on any non-class `enum` definition.
8847 ### <a name="Renum-oper"></a>Enum.4: Define operations on enumerations for safe and simple use
8849 ##### Reason
8851 Convenience of use and avoidance of errors.
8853 ##### Example
8855     enum Day { mon, tue, wed, thu, fri, sat, sun };
8857     Day& operator++(Day& d)
8858     {
8859         return d = (d == Day::sun) ? Day::mon : static_cast<Day>(static_cast<int>(d)+1);
8860     }
8862     Day today = Day::sat;
8863     Day tomorrow = ++today;
8865 The use of a `static_cast` is not pretty, but
8867     Day& operator++(Day& d)
8868     {
8869         return d = (d == Day::sun) ? Day::mon : Day{++d};    // error
8870     }
8872 is an infinite recursion, and writing it without a cast, using a `switch` on all cases is long-winded.
8875 ##### Enforcement
8877 Flag repeated expressions cast back into an enumeration.
8880 ### <a name="Renum-caps"></a>Enum.5: Don't use `ALL_CAPS` for enumerators
8882 ##### Reason
8884 Avoid clashes with macros.
8886 ##### Example, bad
8888      // webcolors.h (third party header)
8889     #define RED   0xFF0000
8890     #define GREEN 0x00FF00
8891     #define BLUE  0x0000FF
8893     // productinfo.h
8894     // The following define product subtypes based on color
8896     enum class Product_info { RED, PURPLE, BLUE };   // syntax error
8898 ##### Enforcement
8900 Flag ALL_CAPS enumerators.
8902 ### <a name="Renum-unnamed"></a>Enum.6: Avoid unnamed enumerations
8904 ##### Reason
8906 If you can't name an enumeration, the values are not related
8908 ##### Example, bad
8910     enum { red = 0xFF0000, scale = 4, is_signed = 1 };
8912 Such code is not uncommon in code written before there were convenient alternative ways of specifying integer constants.
8914 ##### Alternative
8916 Use `constexpr` values instead. For example:
8918     constexpr int red = 0xFF0000;
8919     constexpr short scale = 4;
8920     constexpr bool is_signed = true;
8922 ##### Enforcement
8924 Flag unnamed enumerations.
8927 ### <a name="Renum-underlying"></a>Enum.7: Specify the underlying type of an enumeration only when necessary
8929 ##### Reason
8931 The default is the easiest to read and write.
8932 `int` is the default integer type.
8933 `int` is compatible with C `enum`s.
8935 ##### Example
8937     enum class Direction : char { n, s, e, w,
8938                                   ne, nw, se, sw };  // underlying type saves space
8940     enum class Web_color : int32_t { red   = 0xFF0000,
8941                                      green = 0x00FF00,
8942                                      blue  = 0x0000FF };  // underlying type is redundant
8944 ##### Note
8946 Specifying the underlying type is necessary in forward declarations of enumerations:
8948     enum Flags : char;
8950     void f(Flags);
8952     // ....
8954     enum flags : char { /* ... */ };
8957 ##### Enforcement
8959 ????
8962 ### <a name="Renum-value"></a>Enum.8: Specify enumerator values only when necessary
8964 ##### Reason
8966 It's the simplest.
8967 It avoids duplicate enumerator values.
8968 The default gives a consecutive set of values that is good for `switch`-statement implementations.
8970 ##### Example
8972     enum class Col1 { red, yellow, blue };
8973     enum class Col2 { red = 1, yellow = 2, blue = 2 }; // typo
8974     enum class Month { jan = 1, feb, mar, apr, may, jun,
8975                        jul, august, sep, oct, nov, dec }; // starting with 1 is conventional
8976     enum class Base_flag { dec = 1, oct = dec << 1, hex = dec << 2 }; // set of bits
8978 Specifying values is necessary to match conventional values (e.g., `Month`)
8979 and where consecutive values are undesirable (e.g., to get separate bits as in `Base_flag`).
8981 ##### Enforcement
8983 * Flag duplicate enumerator values
8984 * Flag explicitly specified all-consecutive enumerator values
8987 # <a name="S-resource"></a>R: Resource management
8989 This section contains rules related to resources.
8990 A resource is anything that must be acquired and (explicitly or implicitly) released, such as memory, file handles, sockets, and locks.
8991 The reason it must be released is typically that it can be in short supply, so even delayed release may do harm.
8992 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.
8993 An entity that is responsible for releasing a resource is called an owner.
8995 There are a few cases where leaks can be acceptable or even optimal:
8996 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.
8997 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.
8998 Here, we ignore such cases.
9000 * Resource management rule summary:
9002   * [R.1: Manage resources automatically using resource handles and RAII (Resource Acquisition Is Initialization)](#Rr-raii)
9003   * [R.2: In interfaces, use raw pointers to denote individual objects (only)](#Rr-use-ptr)
9004   * [R.3: A raw pointer (a `T*`) is non-owning](#Rr-ptr)
9005   * [R.4: A raw reference (a `T&`) is non-owning](#Rr-ref)
9006   * [R.5: Prefer scoped objects, don't heap-allocate unnecessarily](#Rr-scoped)
9007   * [R.6: Avoid non-`const` global variables](#Rr-global)
9009 * Allocation and deallocation rule summary:
9011   * [R.10: Avoid `malloc()` and `free()`](#Rr-mallocfree)
9012   * [R.11: Avoid calling `new` and `delete` explicitly](#Rr-newdelete)
9013   * [R.12: Immediately give the result of an explicit resource allocation to a manager object](#Rr-immediate-alloc)
9014   * [R.13: Perform at most one explicit resource allocation in a single expression statement](#Rr-single-alloc)
9015   * [R.14: Avoid `[]` parameters, prefer `span`](#Rr-ap)
9016   * [R.15: Always overload matched allocation/deallocation pairs](#Rr-pair)
9018 * <a name="Rr-summary-smartptrs"></a>Smart pointer rule summary:
9020   * [R.20: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to represent ownership](#Rr-owner)
9021   * [R.21: Prefer `unique_ptr` over `shared_ptr` unless you need to share ownership](#Rr-unique)
9022   * [R.22: Use `make_shared()` to make `shared_ptr`s](#Rr-make_shared)
9023   * [R.23: Use `make_unique()` to make `unique_ptr`s](#Rr-make_unique)
9024   * [R.24: Use `std::weak_ptr` to break cycles of `shared_ptr`s](#Rr-weak_ptr)
9025   * [R.30: Take smart pointers as parameters only to explicitly express lifetime semantics](#Rr-smartptrparam)
9026   * [R.31: If you have non-`std` smart pointers, follow the basic pattern from `std`](#Rr-smart)
9027   * [R.32: Take a `unique_ptr<widget>` parameter to express that a function assumes ownership of a `widget`](#Rr-uniqueptrparam)
9028   * [R.33: Take a `unique_ptr<widget>&` parameter to express that a function reseats the `widget`](#Rr-reseat)
9029   * [R.34: Take a `shared_ptr<widget>` parameter to express that a function is part owner](#Rr-sharedptrparam-owner)
9030   * [R.35: Take a `shared_ptr<widget>&` parameter to express that a function might reseat the shared pointer](#Rr-sharedptrparam)
9031   * [R.36: Take a `const shared_ptr<widget>&` parameter to express that it might retain a reference count to the object ???](#Rr-sharedptrparam-const)
9032   * [R.37: Do not pass a pointer or reference obtained from an aliased smart pointer](#Rr-smartptrget)
9034 ### <a name="Rr-raii"></a>R.1: Manage resources automatically using resource handles and RAII (Resource Acquisition Is Initialization)
9036 ##### Reason
9038 To avoid leaks and the complexity of manual resource management.
9039 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`.
9040 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.
9042 ##### Example, bad
9044 Consider:
9046     void send(X* x, cstring_span destination)
9047     {
9048         auto port = open_port(destination);
9049         my_mutex.lock();
9050         // ...
9051         send(port, x);
9052         // ...
9053         my_mutex.unlock();
9054         close_port(port);
9055         delete x;
9056     }
9058 In this code, you have to remember to `unlock`, `close_port`, and `delete` on all paths, and do each exactly once.
9059 Further, if any of the code marked `...` throws an exception, then `x` is leaked and `my_mutex` remains locked.
9061 ##### Example
9063 Consider:
9065     void send(unique_ptr<X> x, cstring_span destination)  // x owns the X
9066     {
9067         Port port{destination};            // port owns the PortHandle
9068         lock_guard<mutex> guard{my_mutex}; // guard owns the lock
9069         // ...
9070         send(port, x);
9071         // ...
9072     } // automatically unlocks my_mutex and deletes the pointer in x
9074 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.
9076 What is `Port`? A handy wrapper that encapsulates the resource:
9078     class Port {
9079         PortHandle port;
9080     public:
9081         Port(cstring_span destination) : port{open_port(destination)} { }
9082         ~Port() { close_port(port); }
9083         operator PortHandle() { return port; }
9085         // port handles can't usually be cloned, so disable copying and assignment if necessary
9086         Port(const Port&) = delete;
9087         Port& operator=(const Port&) = delete;
9088     };
9090 ##### Note
9092 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)
9094 **See also**: [RAII](#Rr-raii)
9096 ### <a name="Rr-use-ptr"></a>R.2: In interfaces, use raw pointers to denote individual objects (only)
9098 ##### Reason
9100 Arrays are best represented by a container type (e.g., `vector` (owning)) or a `span` (non-owning).
9101 Such containers and views hold sufficient information to do range checking.
9103 ##### Example, bad
9105     void f(int* p, int n)   // n is the number of elements in p[]
9106     {
9107         // ...
9108         p[2] = 7;   // bad: subscript raw pointer
9109         // ...
9110     }
9112 The compiler does not read comments, and without reading other code you do not know whether `p` really points to `n` elements.
9113 Use a `span` instead.
9115 ##### Example
9117     void g(int* p, int fmt)   // print *p using format #fmt
9118     {
9119         // ... uses *p and p[0] only ...
9120     }
9122 ##### Exception
9124 C-style strings are passed as single pointers to a zero-terminated sequence of characters.
9125 Use `zstring` rather than `char*` to indicate that you rely on that convention.
9127 ##### Note
9129 Many current uses of pointers to a single element could be references.
9130 However, where `nullptr` is a possible value, a reference may not be a reasonable alternative.
9132 ##### Enforcement
9134 * Flag pointer arithmetic (including `++`) on a pointer that is not part of a container, view, or iterator.
9135   This rule would generate a huge number of false positives if applied to an older code base.
9136 * Flag array names passed as simple pointers
9138 ### <a name="Rr-ptr"></a>R.3: A raw pointer (a `T*`) is non-owning
9140 ##### Reason
9142 There is nothing (in the C++ standard or in most code) to say otherwise and most raw pointers are non-owning.
9143 We want owning pointers identified so that we can reliably and efficiently delete the objects pointed to by owning pointers.
9145 ##### Example
9147     void f()
9148     {
9149         int* p1 = new int{7};           // bad: raw owning pointer
9150         auto p2 = make_unique<int>(7);  // OK: the int is owned by a unique pointer
9151         // ...
9152     }
9154 The `unique_ptr` protects against leaks by guaranteeing the deletion of its object (even in the presence of exceptions). The `T*` does not.
9156 ##### Example
9158     template<typename T>
9159     class X {
9160     public:
9161         T* p;   // bad: it is unclear whether p is owning or not
9162         T* q;   // bad: it is unclear whether q is owning or not
9163         // ...
9164     };
9166 We can fix that problem by making ownership explicit:
9168     template<typename T>
9169     class X2 {
9170     public:
9171         owner<T*> p;  // OK: p is owning
9172         T* q;         // OK: q is not owning
9173         // ...
9174     };
9176 ##### Exception
9178 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.
9179 The fact that there are billions of lines of code that violate this rule against owning `T*`s cannot be ignored.
9180 We'd love to see program transformation tools turning 20-year-old "legacy" code into shiny modern code,
9181 we encourage the development, deployment and use of such tools,
9182 we hope the guidelines will help the development of such tools,
9183 and we even contributed (and contribute) to the research and development in this area.
9184 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.
9186 This code cannot all be rewritten (even assuming good code transformation software), especially not soon.
9187 This problem cannot be solved (at scale) by transforming all owning pointers to `unique_ptr`s and `shared_ptr`s,
9188 partly because we need/use owning "raw pointers" as well as simple pointers in the implementation of our fundamental resource handles.
9189 For example, common `vector` implementations have one owning pointer and two non-owning pointers.
9190 Many ABIs (and essentially all interfaces to C code) use `T*`s, some of them owning.
9191 Some interfaces cannot be simply annotated with `owner` because they need to remain compilable as C
9192 (although this would be a rare good use for a macro, that expands to `owner` in C++ mode only).
9194 ##### Note
9196 `owner<T*>` has no default semantics beyond `T*`. It can be used without changing any code using it and without affecting ABIs.
9197 It is simply an indicator to programmers and analysis tools.
9198 For example, if an `owner<T*>` is a member of a class, that class better have a destructor that `delete`s it.
9200 ##### Example, bad
9202 Returning a (raw) pointer imposes a lifetime management uncertainty on the caller; that is, who deletes the pointed-to object?
9204     Gadget* make_gadget(int n)
9205     {
9206         auto p = new Gadget{n};
9207         // ...
9208         return p;
9209     }
9211     void caller(int n)
9212     {
9213         auto p = make_gadget(n);   // remember to delete p
9214         // ...
9215         delete p;
9216     }
9218 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)):
9220     Gadget make_gadget(int n)
9221     {
9222         Gadget g{n};
9223         // ...
9224         return g;
9225     }
9227 ##### Note
9229 This rule applies to factory functions.
9231 ##### Note
9233 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."
9235 ##### Enforcement
9237 * (Simple) Warn on `delete` of a raw pointer that is not an `owner<T>`.
9238 * (Moderate) Warn on failure to either `reset` or explicitly `delete` an `owner<T>` pointer on every code path.
9239 * (Simple) Warn if the return value of `new` is assigned to a raw pointer.
9240 * (Simple) Warn if a function returns an object that was allocated within the function but has a move constructor.
9241   Suggest considering returning it by value instead.
9243 ### <a name="Rr-ref"></a>R.4: A raw reference (a `T&`) is non-owning
9245 ##### Reason
9247 There is nothing (in the C++ standard or in most code) to say otherwise and most raw references are non-owning.
9248 We want owners identified so that we can reliably and efficiently delete the objects pointed to by owning pointers.
9250 ##### Example
9252     void f()
9253     {
9254         int& r = *new int{7};  // bad: raw owning reference
9255         // ...
9256         delete &r;             // bad: violated the rule against deleting raw pointers
9257     }
9259 **See also**: [The raw pointer rule](#Rr-ptr)
9261 ##### Enforcement
9263 See [the raw pointer rule](#Rr-ptr)
9265 ### <a name="Rr-scoped"></a>R.5: Prefer scoped objects, don't heap-allocate unnecessarily
9267 ##### Reason
9269 A scoped object is a local object, a global object, or a member.
9270 This implies that there is no separate allocation and deallocation cost in excess of that already used for the containing scope or object.
9271 The members of a scoped object are themselves scoped and the scoped object's constructor and destructor manage the members' lifetimes.
9273 ##### Example
9275 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:
9277     void f(int n)
9278     {
9279         auto p = new Gadget{n};
9280         // ...
9281         delete p;
9282     }
9284 Instead, use a local variable:
9286     void f(int n)
9287     {
9288         Gadget g{n};
9289         // ...
9290     }
9292 ##### Enforcement
9294 * (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.
9295 * (Simple) Warn if a local `Unique_pointer` or `Shared_pointer` is not moved, copied, reassigned or `reset` before its lifetime ends.
9297 ### <a name="Rr-global"></a>R.6: Avoid non-`const` global variables
9299 See [I.2](#Ri-global)
9301 ## <a name="SS-alloc"></a>R.alloc: Allocation and deallocation
9303 ### <a name="Rr-mallocfree"></a>R.10: Avoid `malloc()` and `free()`
9305 ##### Reason
9307  `malloc()` and `free()` do not support construction and destruction, and do not mix well with `new` and `delete`.
9309 ##### Example
9311     class Record {
9312         int id;
9313         string name;
9314         // ...
9315     };
9317     void use()
9318     {
9319         // p1 may be nullptr
9320         // *p1 is not initialized; in particular,
9321         // that string isn't a string, but a string-sized bag of bits
9322         Record* p1 = static_cast<Record*>(malloc(sizeof(Record)));
9324         auto p2 = new Record;
9326         // unless an exception is thrown, *p2 is default initialized
9327         auto p3 = new(nothrow) Record;
9328         // p3 may be nullptr; if not, *p3 is default initialized
9330         // ...
9332         delete p1;    // error: cannot delete object allocated by malloc()
9333         free(p2);    // error: cannot free() object allocated by new
9334     }
9336 In some implementations that `delete` and that `free()` might work, or maybe they will cause run-time errors.
9338 ##### Exception
9340 There are applications and sections of code where exceptions are not acceptable.
9341 Some of the best such examples are in life-critical hard-real-time code.
9342 Beware that many bans on exception use are based on superstition (bad)
9343 or by concerns for older code bases with unsystematic resource management (unfortunately, but sometimes necessary).
9344 In such cases, consider the `nothrow` versions of `new`.
9346 ##### Enforcement
9348 Flag explicit use of `malloc` and `free`.
9350 ### <a name="Rr-newdelete"></a>R.11: Avoid calling `new` and `delete` explicitly
9352 ##### Reason
9354 The pointer returned by `new` should belong to a resource handle (that can call `delete`).
9355 If the pointer returned by `new` is assigned to a plain/naked pointer, the object can be leaked.
9357 ##### Note
9359 In a large program, a naked `delete` (that is a `delete` in application code, rather than part of code devoted to resource management)
9360 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?
9361 The bug may be latent: it may emerge only during maintenance.
9362 If you have a naked `new`, you probably need a naked `delete` somewhere, so you probably have a bug.
9364 ##### Enforcement
9366 (Simple) Warn on any explicit use of `new` and `delete`. Suggest using `make_unique` instead.
9368 ### <a name="Rr-immediate-alloc"></a>R.12: Immediately give the result of an explicit resource allocation to a manager object
9370 ##### Reason
9372 If you don't, an exception or a return may lead to a leak.
9374 ##### Example, bad
9376     void f(const string& name)
9377     {
9378         FILE* f = fopen(name, "r");            // open the file
9379         vector<char> buf(1024);
9380         auto _ = finally([f] { fclose(f); });  // remember to close the file
9381         // ...
9382     }
9384 The allocation of `buf` may fail and leak the file handle.
9386 ##### Example
9388     void f(const string& name)
9389     {
9390         ifstream f{name};   // open the file
9391         vector<char> buf(1024);
9392         // ...
9393     }
9395 The use of the file handle (in `ifstream`) is simple, efficient, and safe.
9397 ##### Enforcement
9399 * Flag explicit allocations used to initialize pointers (problem: how many direct resource allocations can we recognize?)
9401 ### <a name="Rr-single-alloc"></a>R.13: Perform at most one explicit resource allocation in a single expression statement
9403 ##### Reason
9405 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.
9407 ##### Example
9409     void fun(shared_ptr<Widget> sp1, shared_ptr<Widget> sp2);
9411 This `fun` can be called like this:
9413     // BAD: potential leak
9414     fun(shared_ptr<Widget>(new Widget(a, b)), shared_ptr<Widget>(new Widget(c, d)));
9416 This is exception-unsafe because the compiler may reorder the two expressions building the function's two arguments.
9417 In particular, the compiler can interleave execution of the two expressions:
9418 Memory allocation (by calling `operator new`) could be done first for both objects, followed by attempts to call the two `Widget` constructors.
9419 If one of the constructor calls throws an exception, then the other object's memory will never be released!
9421 This subtle problem has a simple solution: Never perform more than one explicit resource allocation in a single expression statement.
9422 For example:
9424     shared_ptr<Widget> sp1(new Widget(a, b)); // Better, but messy
9425     fun(sp1, new Widget(c, d));
9427 The best solution is to avoid explicit allocation entirely use factory functions that return owning objects:
9429     fun(make_shared<Widget>(a, b), make_shared<Widget>(c, d)); // Best
9431 Write your own factory wrapper if there is not one already.
9433 ##### Enforcement
9435 * Flag expressions with multiple explicit resource allocations (problem: how many direct resource allocations can we recognize?)
9437 ### <a name="Rr-ap"></a>R.14: Avoid `[]` parameters, prefer `span`
9439 ##### Reason
9441 An array decays to a pointer, thereby losing its size, opening the opportunity for range errors.
9442 Use `span` to preserve size information.
9444 ##### Example
9446     void f(int[]);          // not recommended
9448     void f(int*);           // not recommended for multiple objects
9449                             // (a pointer should point to a single object, do not subscript)
9451     void f(gsl::span<int>); // good, recommended
9453 ##### Enforcement
9455 Flag `[]` parameters. Use `span` instead.
9457 ### <a name="Rr-pair"></a>R.15: Always overload matched allocation/deallocation pairs
9459 ##### Reason
9461 Otherwise you get mismatched operations and chaos.
9463 ##### Example
9465     class X {
9466         // ...
9467         void* operator new(size_t s);
9468         void operator delete(void*);
9469         // ...
9470     };
9472 ##### Note
9474 If you want memory that cannot be deallocated, `=delete` the deallocation operation.
9475 Don't leave it undeclared.
9477 ##### Enforcement
9479 Flag incomplete pairs.
9481 ## <a name="SS-smart"></a>R.smart: Smart pointers
9483 ### <a name="Rr-owner"></a>R.20: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to represent ownership
9485 ##### Reason
9487 They can prevent resource leaks.
9489 ##### Example
9491 Consider:
9493     void f()
9494     {
9495         X x;
9496         X* p1 { new X };              // see also ???
9497         unique_ptr<T> p2 { new X };   // unique ownership; see also ???
9498         shared_ptr<T> p3 { new X };   // shared ownership; see also ???
9499         auto p4 = make_unique<X>();   // unique_ownership, preferable to the explicit use "new"
9500         auto p5 = make_shared<X>();   // shared ownership, preferable to the explicit use "new"
9501     }
9503 This will leak the object used to initialize `p1` (only).
9505 ##### Enforcement
9507 (Simple) Warn if the return value of `new` or a function call with return value of pointer type is assigned to a raw pointer.
9509 ### <a name="Rr-unique"></a>R.21: Prefer `unique_ptr` over `shared_ptr` unless you need to share ownership
9511 ##### Reason
9513 A `unique_ptr` is conceptually simpler and more predictable (you know when destruction happens) and faster (you don't implicitly maintain a use count).
9515 ##### Example, bad
9517 This needlessly adds and maintains a reference count.
9519     void f()
9520     {
9521         shared_ptr<Base> base = make_shared<Derived>();
9522         // use base locally, without copying it -- refcount never exceeds 1
9523     } // destroy base
9525 ##### Example
9527 This is more efficient:
9529     void f()
9530     {
9531         unique_ptr<Base> base = make_unique<Derived>();
9532         // use base locally
9533     } // destroy base
9535 ##### Enforcement
9537 (Simple) Warn if a function uses a `Shared_pointer` with an object allocated within the function, but never returns the `Shared_pointer` or passes it to a function requiring a `Shared_pointer&`. Suggest using `unique_ptr` instead.
9539 ### <a name="Rr-make_shared"></a>R.22: Use `make_shared()` to make `shared_ptr`s
9541 ##### Reason
9543 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.
9545 ##### Example
9547 Consider:
9549     shared_ptr<X> p1 { new X{2} }; // bad
9550     auto p = make_shared<X>(2);    // good
9552 The `make_shared()` version mentions `X` only once, so it is usually shorter (as well as faster) than the version with the explicit `new`.
9554 ##### Enforcement
9556 (Simple) Warn if a `shared_ptr` is constructed from the result of `new` rather than `make_shared`.
9558 ### <a name="Rr-make_unique"></a>R.23: Use `make_unique()` to make `unique_ptr`s
9560 ##### Reason
9562 For convenience and consistency with `shared_ptr`.
9564 ##### Note
9566 `make_unique()` is C++14, but widely available (as well as simple to write).
9568 ##### Enforcement
9570 (Simple) Warn if a `unique_ptr` is constructed from the result of `new` rather than `make_unique`.
9572 ### <a name="Rr-weak_ptr"></a>R.24: Use `std::weak_ptr` to break cycles of `shared_ptr`s
9574 ##### Reason
9576  `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
9577 be able to destroy a cyclic structure.
9579 ##### Example
9581     #include <memory>
9583     class bar;
9585     class foo
9586     {
9587     public:
9588       explicit foo(const std::shared_ptr<bar>& forward_reference)
9589         : forward_reference_(forward_reference)
9590       { }
9591     private:
9592       std::shared_ptr<bar> forward_reference_;
9593     };
9595     class bar
9596     {
9597     public:
9598       explicit bar(const std::weak_ptr<foo>& back_reference)
9599         : back_reference_(back_reference)
9600       { }
9601       void do_something()
9602       {
9603         if (auto shared_back_reference = back_reference_.lock()) {
9604           // Use *shared_back_reference
9605         }
9606       }
9607     private:
9608       std::weak_ptr<foo> back_reference_;
9609     };
9611 ##### Note
9613  ??? (HS: A lot of people say "to break cycles", while I think "temporary shared ownership" is more to the point.)
9614 ???(BS: breaking cycles is what you must do; temporarily sharing ownership is how you do it.
9615 You could "temporarily share ownership" simply by using another `shared_ptr`.)
9617 ##### Enforcement
9619 ??? probably impossible. If we could statically detect cycles, we wouldn't need `weak_ptr`
9621 ### <a name="Rr-smartptrparam"></a>R.30: Take smart pointers as parameters only to explicitly express lifetime semantics
9623 ##### Reason
9625 Accepting a smart pointer to a `widget` is wrong if the function just needs the `widget` itself.
9626 It should be able to accept any `widget` object, not just ones whose lifetimes are managed by a particular kind of smart pointer.
9627 A function that does not manipulate lifetime should take raw pointers or references instead.
9629 ##### Example, bad
9631     // callee
9632     void f(shared_ptr<widget>& w)
9633     {
9634         // ...
9635         use(*w); // only use of w -- the lifetime is not used at all
9636         // ...
9637     };
9639     // caller
9640     shared_ptr<widget> my_widget = /* ... */;
9641     f(my_widget);
9643     widget stack_widget;
9644     f(stack_widget); // error
9646 ##### Example, good
9648     // callee
9649     void f(widget& w)
9650     {
9651         // ...
9652         use(w);
9653         // ...
9654     };
9656     // caller
9657     shared_ptr<widget> my_widget = /* ... */;
9658     f(*my_widget);
9660     widget stack_widget;
9661     f(stack_widget); // ok -- now this works
9663 ##### Enforcement
9665 * (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()`.
9666   Suggest using a `T*` or `T&` instead.
9667 * 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.
9668   Suggest using a `T*` or `T&` instead.
9670 ### <a name="Rr-smart"></a>R.31: If you have non-`std` smart pointers, follow the basic pattern from `std`
9672 ##### Reason
9674 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.
9675 You want the rules to work on all the smart pointers you use.
9677 Any type (including primary template or specialization) that overloads unary `*` and `->` is considered a smart pointer:
9679 * If it is copyable, it is recognized as a reference-counted `shared_ptr`.
9680 * If it is not copyable, it is recognized as a unique `unique_ptr`.
9682 ##### Example
9684     // use Boost's intrusive_ptr
9685     #include <boost/intrusive_ptr.hpp>
9686     void f(boost::intrusive_ptr<widget> p)  // error under rule 'sharedptrparam'
9687     {
9688         p->foo();
9689     }
9691     // use Microsoft's CComPtr
9692     #include <atlbase.h>
9693     void f(CComPtr<widget> p)               // error under rule 'sharedptrparam'
9694     {
9695         p->foo();
9696     }
9698 Both cases are an error under the [`sharedptrparam` guideline](#Rr-smartptrparam):
9699 `p` is a `Shared_pointer`, but nothing about its sharedness is used here and passing it by value is a silent pessimization;
9700 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&`.
9701 These smart pointers match the `Shared_pointer` concept, so these guideline enforcement rules work on them out of the box and expose this common pessimization.
9703 ### <a name="Rr-uniqueptrparam"></a>R.32: Take a `unique_ptr<widget>` parameter to express that a function assumes ownership of a `widget`
9705 ##### Reason
9707 Using `unique_ptr` in this way both documents and enforces the function call's ownership transfer.
9709 ##### Example
9711     void sink(unique_ptr<widget>); // takes ownership of the widget
9713     void uses(widget*);            // just uses the widget
9715 ##### Example, bad
9717     void thinko(const unique_ptr<widget>&); // usually not what you want
9719 ##### Enforcement
9721 * (Simple) Warn if a function takes a `Unique_pointer<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.
9722 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Unique_pointer<T>` parameter by reference to `const`. Suggest taking a `const T*` or `const T&` instead.
9724 ### <a name="Rr-reseat"></a>R.33: Take a `unique_ptr<widget>&` parameter to express that a function reseats the`widget`
9726 ##### Reason
9728 Using `unique_ptr` in this way both documents and enforces the function call's reseating semantics.
9730 ##### Note
9732 "reseat" means "making a pointer or a smart pointer refer to a different object."
9734 ##### Example
9736     void reseat(unique_ptr<widget>&); // "will" or "might" reseat pointer
9738 ##### Example, bad
9740     void thinko(const unique_ptr<widget>&); // usually not what you want
9742 ##### Enforcement
9744 * (Simple) Warn if a function takes a `Unique_pointer<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.
9745 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Unique_pointer<T>` parameter by reference to `const`. Suggest taking a `const T*` or `const T&` instead.
9747 ### <a name="Rr-sharedptrparam-owner"></a>R.34: Take a `shared_ptr<widget>` parameter to express that a function is part owner
9749 ##### Reason
9751 This makes the function's ownership sharing explicit.
9753 ##### Example, good
9755     void share(shared_ptr<widget>);            // share -- "will" retain refcount
9757     void may_share(const shared_ptr<widget>&); // "might" retain refcount
9759     void reseat(shared_ptr<widget>&);          // "might" reseat ptr
9761 ##### Enforcement
9763 * (Simple) Warn if a function takes a `Shared_pointer<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.
9764 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_pointer<T>` by value or by reference to `const` and does not copy or move it to another `Shared_pointer` on at least one code path. Suggest taking a `T*` or `T&` instead.
9765 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_pointer<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
9767 ### <a name="Rr-sharedptrparam"></a>R.35: Take a `shared_ptr<widget>&` parameter to express that a function might reseat the shared pointer
9769 ##### Reason
9771 This makes the function's reseating explicit.
9773 ##### Note
9775 "reseat" means "making a reference or a smart pointer refer to a different object."
9777 ##### Example, good
9779     void share(shared_ptr<widget>);            // share -- "will" retain refcount
9781     void reseat(shared_ptr<widget>&);          // "might" reseat ptr
9783     void may_share(const shared_ptr<widget>&); // "might" retain refcount
9785 ##### Enforcement
9787 * (Simple) Warn if a function takes a `Shared_pointer<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.
9788 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_pointer<T>` by value or by reference to `const` and does not copy or move it to another `Shared_pointer` on at least one code path. Suggest taking a `T*` or `T&` instead.
9789 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_pointer<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
9791 ### <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 ???
9793 ##### Reason
9795 This makes the function's ??? explicit.
9797 ##### Example, good
9799     void share(shared_ptr<widget>);            // share -- "will" retain refcount
9801     void reseat(shared_ptr<widget>&);          // "might" reseat ptr
9803     void may_share(const shared_ptr<widget>&); // "might" retain refcount
9805 ##### Enforcement
9807 * (Simple) Warn if a function takes a `Shared_pointer<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.
9808 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_pointer<T>` by value or by reference to `const` and does not copy or move it to another `Shared_pointer` on at least one code path. Suggest taking a `T*` or `T&` instead.
9809 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_pointer<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
9811 ### <a name="Rr-smartptrget"></a>R.37: Do not pass a pointer or reference obtained from an aliased smart pointer
9813 ##### Reason
9815 Violating this rule is the number one cause of losing reference counts and finding yourself with a dangling pointer.
9816 Functions should prefer to pass raw pointers and references down call chains.
9817 At the top of the call tree where you obtain the raw pointer or reference from a smart pointer that keeps the object alive.
9818 You need to be sure that the smart pointer cannot inadvertently be reset or reassigned from within the call tree below.
9820 ##### Note
9822 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.
9824 ##### Example
9826 Consider this code:
9828     // global (static or heap), or aliased local ...
9829     shared_ptr<widget> g_p = ...;
9831     void f(widget& w)
9832     {
9833         g();
9834         use(w);  // A
9835     }
9837     void g()
9838     {
9839         g_p = ...; // oops, if this was the last shared_ptr to that widget, destroys the widget
9840     }
9842 The following should not pass code review:
9844     void my_code()
9845     {
9846         // BAD: passing pointer or reference obtained from a non-local smart pointer
9847         //      that could be inadvertently reset somewhere inside f or its callees
9848         f(*g_p);
9850         // BAD: same reason, just passing it as a "this" pointer
9851         g_p->func();
9852     }
9854 The fix is simple -- take a local copy of the pointer to "keep a ref count" for your call tree:
9856     void my_code()
9857     {
9858         // cheap: 1 increment covers this entire function and all the call trees below us
9859         auto pin = g_p;
9861         // GOOD: passing pointer or reference obtained from a local unaliased smart pointer
9862         f(*pin);
9864         // GOOD: same reason
9865         pin->func();
9866     }
9868 ##### Enforcement
9870 * (Simple) Warn if a pointer or reference obtained from a smart pointer variable (`Unique_pointer` or `Shared_pointer`) that is non-local, or that is local but potentially aliased, is used in a function call. If the smart pointer is a `Shared_pointer` then suggest taking a local copy of the smart pointer and obtain a pointer or reference from that instead.
9872 # <a name="S-expr"></a>ES: Expressions and statements
9874 Expressions and statements are the lowest and most direct way of expressing actions and computation. Declarations in local scopes are statements.
9876 For naming, commenting, and indentation rules, see [NL: Naming and layout](#S-naming).
9878 General rules:
9880 * [ES.1: Prefer the standard library to other libraries and to "handcrafted code"](#Res-lib)
9881 * [ES.2: Prefer suitable abstractions to direct use of language features](#Res-abstr)
9883 Declaration rules:
9885 * [ES.5: Keep scopes small](#Res-scope)
9886 * [ES.6: Declare names in for-statement initializers and conditions to limit scope](#Res-cond)
9887 * [ES.7: Keep common and local names short, and keep uncommon and non-local names longer](#Res-name-length)
9888 * [ES.8: Avoid similar-looking names](#Res-name-similar)
9889 * [ES.9: Avoid `ALL_CAPS` names](#Res-not-CAPS)
9890 * [ES.10: Declare one name (only) per declaration](#Res-name-one)
9891 * [ES.11: Use `auto` to avoid redundant repetition of type names](#Res-auto)
9892 * [ES.12: Do not reuse names in nested scopes](#Res-reuse)
9893 * [ES.20: Always initialize an object](#Res-always)
9894 * [ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it](#Res-introduce)
9895 * [ES.22: Don't declare a variable until you have a value to initialize it with](#Res-init)
9896 * [ES.23: Prefer the `{}`-initializer syntax](#Res-list)
9897 * [ES.24: Use a `unique_ptr<T>` to hold pointers](#Res-unique)
9898 * [ES.25: Declare an object `const` or `constexpr` unless you want to modify its value later on](#Res-const)
9899 * [ES.26: Don't use a variable for two unrelated purposes](#Res-recycle)
9900 * [ES.27: Use `std::array` or `stack_array` for arrays on the stack](#Res-stack)
9901 * [ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables](#Res-lambda-init)
9902 * [ES.30: Don't use macros for program text manipulation](#Res-macros)
9903 * [ES.31: Don't use macros for constants or "functions"](#Res-macros2)
9904 * [ES.32: Use `ALL_CAPS` for all macro names](#Res-ALL_CAPS)
9905 * [ES.33: If you must use macros, give them unique names](#Res-MACROS)
9906 * [ES.34: Don't define a (C-style) variadic function](#Res-ellipses)
9908 Expression rules:
9910 * [ES.40: Avoid complicated expressions](#Res-complicated)
9911 * [ES.41: If in doubt about operator precedence, parenthesize](#Res-parens)
9912 * [ES.42: Keep use of pointers simple and straightforward](#Res-ptr)
9913 * [ES.43: Avoid expressions with undefined order of evaluation](#Res-order)
9914 * [ES.44: Don't depend on order of evaluation of function arguments](#Res-order-fct)
9915 * [ES.45: Avoid "magic constants"; use symbolic constants](#Res-magic)
9916 * [ES.46: Avoid narrowing conversions](#Res-narrowing)
9917 * [ES.47: Use `nullptr` rather than `0` or `NULL`](#Res-nullptr)
9918 * [ES.48: Avoid casts](#Res-casts)
9919 * [ES.49: If you must use a cast, use a named cast](#Res-casts-named)
9920 * [ES.50: Don't cast away `const`](#Res-casts-const)
9921 * [ES.55: Avoid the need for range checking](#Res-range-checking)
9922 * [ES.56: Write `std::move()` only when you need to explicitly move an object to another scope](#Res-move)
9923 * [ES.60: Avoid `new` and `delete` outside resource management functions](#Res-new)
9924 * [ES.61: Delete arrays using `delete[]` and non-arrays using `delete`](#Res-del)
9925 * [ES.62: Don't compare pointers into different arrays](#Res-arr2)
9926 * [ES.63: Don't slice](#Res-slice)
9927 * [ES.64: Use the `T{e}`notation for construction](#Res-construct)
9928 * [ES.65: Don't dereference an invalid pointer](#Res-deref)
9930 Statement rules:
9932 * [ES.70: Prefer a `switch`-statement to an `if`-statement when there is a choice](#Res-switch-if)
9933 * [ES.71: Prefer a range-`for`-statement to a `for`-statement when there is a choice](#Res-for-range)
9934 * [ES.72: Prefer a `for`-statement to a `while`-statement when there is an obvious loop variable](#Res-for-while)
9935 * [ES.73: Prefer a `while`-statement to a `for`-statement when there is no obvious loop variable](#Res-while-for)
9936 * [ES.74: Prefer to declare a loop variable in the initializer part of a `for`-statement](#Res-for-init)
9937 * [ES.75: Avoid `do`-statements](#Res-do)
9938 * [ES.76: Avoid `goto`](#Res-goto)
9939 * [ES.77: Minimize the use of `break` and `continue` in loops](#Res-continue)
9940 * [ES.78: Don't rely on implicit fallthrough in `switch` statements](#Res-break)
9941 * [ES.79: Use `default` to handle common cases (only)](#Res-default)
9942 * [ES.84: Don't try to declare a local variable with no name](#Res-noname)
9943 * [ES.85: Make empty statements visible](#Res-empty)
9944 * [ES.86: Avoid modifying loop control variables inside the body of raw for-loops](#Res-loop-counter)
9945 * [ES.87: Don't add redundant `==` or `!=` to conditions](#Res-if)
9947 Arithmetic rules:
9949 * [ES.100: Don't mix signed and unsigned arithmetic](#Res-mix)
9950 * [ES.101: Use unsigned types for bit manipulation](#Res-unsigned)
9951 * [ES.102: Use signed types for arithmetic](#Res-signed)
9952 * [ES.103: Don't overflow](#Res-overflow)
9953 * [ES.104: Don't underflow](#Res-underflow)
9954 * [ES.105: Don't divide by zero](#Res-zero)
9955 * [ES.106: Don't try to avoid negative values by using `unsigned`](#Res-nonnegative)
9956 * [ES.107: Don't use `unsigned` for subscripts, prefer `gsl::index`](#Res-subscripts)
9958 ### <a name="Res-lib"></a>ES.1: Prefer the standard library to other libraries and to "handcrafted code"
9960 ##### Reason
9962 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.
9963 The ISO C++ Standard Library is among the most widely known and best tested libraries.
9964 It is available as part of all C++ implementations.
9966 ##### Example
9968     auto sum = accumulate(begin(a), end(a), 0.0);   // good
9970 a range version of `accumulate` would be even better:
9972     auto sum = accumulate(v, 0.0); // better
9974 but don't hand-code a well-known algorithm:
9976     int max = v.size();   // bad: verbose, purpose unstated
9977     double sum = 0.0;
9978     for (int i = 0; i < max; ++i)
9979         sum = sum + v[i];
9981 ##### Exception
9983 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.
9985 ##### Enforcement
9987 Not easy. ??? Look for messy loops, nested loops, long functions, absence of function calls, lack of use of non-built-in types. Cyclomatic complexity?
9989 ### <a name="Res-abstr"></a>ES.2: Prefer suitable abstractions to direct use of language features
9991 ##### Reason
9993 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.
9995 ##### Example
9997     vector<string> read1(istream& is)   // good
9998     {
9999         vector<string> res;
10000         for (string s; is >> s;)
10001             res.push_back(s);
10002         return res;
10003     }
10005 The more traditional and lower-level near-equivalent is longer, messier, harder to get right, and most likely slower:
10007     char** read2(istream& is, int maxelem, int maxstring, int* nread)   // bad: verbose and incomplete
10008     {
10009         auto res = new char*[maxelem];
10010         int elemcount = 0;
10011         while (is && elemcount < maxelem) {
10012             auto s = new char[maxstring];
10013             is.read(s, maxstring);
10014             res[elemcount++] = s;
10015         }
10016         nread = &elemcount;
10017         return res;
10018     }
10020 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.
10022 ##### Enforcement
10024 Not easy. ??? Look for messy loops, nested loops, long functions, absence of function calls, lack of use of non-built-in types. Cyclomatic complexity?
10026 ## ES.dcl: Declarations
10028 A declaration is a statement. A declaration introduces a name into a scope and may cause the construction of a named object.
10030 ### <a name="Res-scope"></a>ES.5: Keep scopes small
10032 ##### Reason
10034 Readability. Minimize resource retention. Avoid accidental misuse of value.
10036 **Alternative formulation**: Don't declare a name in an unnecessarily large scope.
10038 ##### Example
10040     void use()
10041     {
10042         int i;    // bad: i is needlessly accessible after loop
10043         for (i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }
10044         // no intended use of i here
10045         for (int i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }  // good: i is local to for-loop
10047         if (auto pc = dynamic_cast<Circle*>(ps)) {  // good: pc is local to if-statement
10048             // ... deal with Circle ...
10049         }
10050         else {
10051             // ... handle error ...
10052         }
10053     }
10055 ##### Example, bad
10057     void use(const string& name)
10058     {
10059         string fn = name + ".txt";
10060         ifstream is {fn};
10061         Record r;
10062         is >> r;
10063         // ... 200 lines of code without intended use of fn or is ...
10064     }
10066 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`
10067 are retained for much longer than needed and that unanticipated use of `is` and `fn` could happen later in the function.
10068 In this case, it might be a good idea to factor out the read:
10070     Record load_record(const string& name)
10071     {
10072         string fn = name + ".txt";
10073         ifstream is {fn};
10074         Record r;
10075         is >> r;
10076         return r;
10077     }
10079     void use(const string& name)
10080     {
10081         Record r = load_record(name);
10082         // ... 200 lines of code ...
10083     }
10085 ##### Enforcement
10087 * Flag loop variable declared outside a loop and not used after the loop
10088 * Flag when expensive resources, such as file handles and locks are not used for N-lines (for some suitable N)
10090 ### <a name="Res-cond"></a>ES.6: Declare names in for-statement initializers and conditions to limit scope
10092 ##### Reason
10094 Readability. Minimize resource retention.
10096 ##### Example
10098     void use()
10099     {
10100         for (string s; cin >> s;)
10101             v.push_back(s);
10103         for (int i = 0; i < 20; ++i) {   // good: i is local to for-loop
10104             // ...
10105         }
10107         if (auto pc = dynamic_cast<Circle*>(ps)) {   // good: pc is local to if-statement
10108             // ... deal with Circle ...
10109         }
10110         else {
10111             // ... handle error ...
10112         }
10113     }
10115 ##### Enforcement
10117 * Flag loop variables declared before the loop and not used after the loop
10118 * (hard) Flag loop variables declared before the loop and used after the loop for an unrelated purpose.
10120 ##### C++17 and C++20 example
10122 Note: C++17 and C++20 also add `if`, `switch`, and range-`for` initializer statements. These require C++17 and C++20 support.
10124     map<int, string> mymap;
10126     if (auto result = mymap.insert(value); result.second) {
10127         // insert succeeded, and result is valid for this block
10128         use(result.first);  // ok
10129         // ...
10130     } // result is destroyed here
10132 ##### C++17 and C++20 enforcement (if using a C++17 or C++20 compiler)
10134 * Flag selection/loop variables declared before the body and not used after the body
10135 * (hard) Flag selection/loop variables declared before the body and used after the body for an unrelated purpose.
10139 ### <a name="Res-name-length"></a>ES.7: Keep common and local names short, and keep uncommon and non-local names longer
10141 ##### Reason
10143 Readability. Lowering the chance of clashes between unrelated non-local names.
10145 ##### Example
10147 Conventional short, local names increase readability:
10149     template<typename T>    // good
10150     void print(ostream& os, const vector<T>& v)
10151     {
10152         for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i)
10153             os << v[i] << '\n';
10154     }
10156 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
10158     template<typename Element_type>   // bad: verbose, hard to read
10159     void print(ostream& target_stream, const vector<Element_type>& current_vector)
10160     {
10161         for (gsl::index current_element_index = 0;
10162              current_element_index < current_vector.size();
10163              ++current_element_index
10164         )
10165         target_stream << current_vector[current_element_index] << '\n';
10166     }
10168 Yes, it is a caricature, but we have seen worse.
10170 ##### Example
10172 Unconventional and short non-local names obscure code:
10174     void use1(const string& s)
10175     {
10176         // ...
10177         tt(s);   // bad: what is tt()?
10178         // ...
10179     }
10181 Better, give non-local entities readable names:
10183     void use1(const string& s)
10184     {
10185         // ...
10186         trim_tail(s);   // better
10187         // ...
10188     }
10190 Here, there is a chance that the reader knows what `trim_tail` means and that the reader can remember it after looking it up.
10192 ##### Example, bad
10194 Argument names of large functions are de facto non-local and should be meaningful:
10196     void complicated_algorithm(vector<Record>& vr, const vector<int>& vi, map<string, int>& out)
10197     // read from events in vr (marking used Records) for the indices in
10198     // vi placing (name, index) pairs into out
10199     {
10200         // ... 500 lines of code using vr, vi, and out ...
10201     }
10203 We recommend keeping functions short, but that rule isn't universally adhered to and naming should reflect that.
10205 ##### Enforcement
10207 Check length of local and non-local names. Also take function length into account.
10209 ### <a name="Res-name-similar"></a>ES.8: Avoid similar-looking names
10211 ##### Reason
10213 Code clarity and readability. Too-similar names slow down comprehension and increase the likelihood of error.
10215 ##### Example, bad
10217     if (readable(i1 + l1 + ol + o1 + o0 + ol + o1 + I0 + l0)) surprise();
10219 ##### Example, bad
10221 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.
10223     struct foo { int n; };
10224     struct foo foo();       // BAD, foo is a type already in scope
10225     struct foo x = foo();   // requires disambiguation
10227 ##### Exception
10229 Antique header files might declare non-types and types with the same name in the same scope.
10231 ##### Enforcement
10233 * Check names against a list of known confusing letter and digit combinations.
10234 * Flag a declaration of a variable, function, or enumerator that hides a class or enumeration declared in the same scope.
10236 ### <a name="Res-not-CAPS"></a>ES.9: Avoid `ALL_CAPS` names
10238 ##### Reason
10240 Such names are commonly used for macros. Thus, `ALL_CAPS` name are vulnerable to unintended macro substitution.
10242 ##### Example
10244     // somewhere in some header:
10245     #define NE !=
10247     // somewhere else in some other header:
10248     enum Coord { N, NE, NW, S, SE, SW, E, W };
10250     // somewhere third in some poor programmer's .cpp:
10251     switch (direction) {
10252     case N:
10253         // ...
10254     case NE:
10255         // ...
10256     // ...
10257     }
10259 ##### Note
10261 Do not use `ALL_CAPS` for constants just because constants used to be macros.
10263 ##### Enforcement
10265 Flag all uses of ALL CAPS. For older code, accept ALL CAPS for macro names and flag all non-ALL-CAPS macro names.
10267 ### <a name="Res-name-one"></a>ES.10: Declare one name (only) per declaration
10269 ##### Reason
10271 One declaration per line increases readability and avoids mistakes related to
10272 the C/C++ grammar. It also leaves room for a more descriptive end-of-line
10273 comment.
10275 ##### Example, bad
10277     char *p, c, a[7], *pp[7], **aa[10];   // yuck!
10279 ##### Exception
10281 A function declaration can contain several function argument declarations.
10283 ##### Exception
10285 A structured binding (C++17) is specifically designed to introduce several variables:
10287     auto [iter, inserted] = m.insert_or_assign(k, val);
10288     if (inserted) { /* new entry was inserted */ }
10290 ##### Example
10292     template <class InputIterator, class Predicate>
10293     bool any_of(InputIterator first, InputIterator last, Predicate pred);
10295 or better using concepts:
10297     bool any_of(InputIterator first, InputIterator last, Predicate pred);
10299 ##### Example
10301     double scalbn(double x, int n);   // OK: x * pow(FLT_RADIX, n); FLT_RADIX is usually 2
10305     double scalbn(    // better: x * pow(FLT_RADIX, n); FLT_RADIX is usually 2
10306         double x,     // base value
10307         int n         // exponent
10308     );
10312     // better: base * pow(FLT_RADIX, exponent); FLT_RADIX is usually 2
10313     double scalbn(double base, int exponent);
10315 ##### Example
10317     int a = 7, b = 9, c, d = 10, e = 3;
10319 In a long list of declarators it is easy to overlook an uninitialized variable.
10321 ##### Enforcement
10323 Flag variable and constant declarations with multiple declarators (e.g., `int* p, q;`)
10325 ### <a name="Res-auto"></a>ES.11: Use `auto` to avoid redundant repetition of type names
10327 ##### Reason
10329 * Simple repetition is tedious and error-prone.
10330 * When you use `auto`, the name of the declared entity is in a fixed position in the declaration, increasing readability.
10331 * In a template function declaration the return type can be a member type.
10333 ##### Example
10335 Consider:
10337     auto p = v.begin();   // vector<int>::iterator
10338     auto h = t.future();
10339     auto q = make_unique<int[]>(s);
10340     auto f = [](int x){ return x + 10; };
10342 In each case, we save writing a longish, hard-to-remember type that the compiler already knows but a programmer could get wrong.
10344 ##### Example
10346     template<class T>
10347     auto Container<T>::first() -> Iterator;   // Container<T>::Iterator
10349 ##### Exception
10351 Avoid `auto` for initializer lists and in cases where you know exactly which type you want and where an initializer might require conversion.
10353 ##### Example
10355     auto lst = { 1, 2, 3 };   // lst is an initializer list
10356     auto x{1};   // x is an int (in C++17; initializer_list in C++11)
10358 ##### Note
10360 When concepts become available, we can (and should) be more specific about the type we are deducing:
10362     // ...
10363     ForwardIterator p = algo(x, y, z);
10365 ##### Example (C++17)
10367     auto [ quotient, remainder ] = div(123456, 73);   // break out the members of the div_t result
10369 ##### Enforcement
10371 Flag redundant repetition of type names in a declaration.
10373 ### <a name="Res-reuse"></a>ES.12: Do not reuse names in nested scopes
10375 ##### Reason
10377 It is easy to get confused about which variable is used.
10378 Can cause maintenance problems.
10380 ##### Example, bad
10382     int d = 0;
10383     // ...
10384     if (cond) {
10385         // ...
10386         d = 9;
10387         // ...
10388     }
10389     else {
10390         // ...
10391         int d = 7;
10392         // ...
10393         d = value_to_be_returned;
10394         // ...
10395     }
10397     return d;
10399 If this is a large `if`-statement, it is easy to overlook that a new `d` has been introduced in the inner scope.
10400 This is a known source of bugs.
10401 Sometimes such reuse of a name in an inner scope is called "shadowing".
10403 ##### Note
10405 Shadowing is primarily a problem when functions are too large and too complex.
10407 ##### Example
10409 Shadowing of function arguments in the outermost block is disallowed by the language:
10411     void f(int x)
10412     {
10413         int x = 4;  // error: reuse of function argument name
10415         if (x) {
10416             int x = 7;  // allowed, but bad
10417             // ...
10418         }
10419     }
10421 ##### Example, bad
10423 Reuse of a member name as a local variable can also be a problem:
10425     struct S {
10426         int m;
10427         void f(int x);
10428     };
10430     void S::f(int x)
10431     {
10432         m = 7;    // assign to member
10433         if (x) {
10434             int m = 9;
10435             // ...
10436             m = 99; // assign to local variable
10437             // ...
10438         }
10439     }
10441 ##### Exception
10443 We often reuse function names from a base class in a derived class:
10445     struct B {
10446         void f(int);
10447     };
10449     struct D : B {
10450         void f(double);
10451         using B::f;
10452     };
10454 This is error-prone.
10455 For example, had we forgotten the using declaration, a call `d.f(1)` would not have found the `int` version of `f`.
10457 ??? Do we need a specific rule about shadowing/hiding in class hierarchies?
10459 ##### Enforcement
10461 * Flag reuse of a name in nested local scopes
10462 * Flag reuse of a member name as a local variable in a member function
10463 * Flag reuse of a global name as a local variable or a member name
10464 * Flag reuse of a base class member name in a derived class (except for function names)
10466 ### <a name="Res-always"></a>ES.20: Always initialize an object
10468 ##### Reason
10470 Avoid used-before-set errors and their associated undefined behavior.
10471 Avoid problems with comprehension of complex initialization.
10472 Simplify refactoring.
10474 ##### Example
10476     void use(int arg)
10477     {
10478         int i;   // bad: uninitialized variable
10479         // ...
10480         i = 7;   // initialize i
10481     }
10483 No, `i = 7` does not initialize `i`; it assigns to it. Also, `i` can be read in the `...` part. Better:
10485     void use(int arg)   // OK
10486     {
10487         int i = 7;   // OK: initialized
10488         string s;    // OK: default initialized
10489         // ...
10490     }
10492 ##### Note
10494 The *always initialize* rule is deliberately stronger than the *an object must be set before used* language rule.
10495 The latter, more relaxed rule, catches the technical bugs, but:
10497 * It leads to less readable code
10498 * It encourages people to declare names in greater than necessary scopes
10499 * It leads to harder to read code
10500 * It leads to logic bugs by encouraging complex code
10501 * It hampers refactoring
10503 The *always initialize* rule is a style rule aimed to improve maintainability as well as a rule protecting against used-before-set errors.
10505 ##### Example
10507 Here is an example that is often considered to demonstrate the need for a more relaxed rule for initialization
10509     widget i;    // "widget" a type that's expensive to initialize, possibly a large POD
10510     widget j;
10512     if (cond) {  // bad: i and j are initialized "late"
10513         i = f1();
10514         j = f2();
10515     }
10516     else {
10517         i = f3();
10518         j = f4();
10519     }
10521 This cannot trivially be rewritten to initialize `i` and `j` with initializers.
10522 Note that for types with a default constructor, attempting to postpone initialization simply leads to a default initialization followed by an assignment.
10523 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.
10525 Assuming that there is a logical connection between `i` and `j`, that connection should probably be expressed in code:
10527     pair<widget, widget> make_related_widgets(bool x)
10528     {
10529         return (x) ? {f1(), f2()} : {f3(), f4() };
10530     }
10532     auto [i, j] = make_related_widgets(cond);    // C++17
10534 If the `make_related_widgets` function is otherwise redundant,
10535 we can eliminate it by using a lambda [ES.28](#Res-lambda-init):
10537     auto [i, j] = [x]{ return (x) ? pair{f1(), f2()} : pair{f3(), f4()} }();    // C++17
10539 Using a value representing "uninitialized" is a symptom of a problem and not a solution:
10541     widget i = uninit;  // bad
10542     widget j = uninit;
10544     // ...
10545     use(i);         // possibly used before set
10546     // ...
10548     if (cond) {     // bad: i and j are initialized "late"
10549         i = f1();
10550         j = f2();
10551     }
10552     else {
10553         i = f3();
10554         j = f4();
10555     }
10557 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?
10559 ##### Note
10561 Complex initialization has been popular with clever programmers for decades.
10562 It has also been a major source of errors and complexity.
10563 Many such errors are introduced during maintenance years after the initial implementation.
10565 ##### Example
10567 This rule covers member variables.
10569     class X {
10570     public:
10571         X(int i, int ci) : m2{i}, cm2{ci} {}
10572         // ...
10574     private:
10575         int m1 = 7;
10576         int m2;
10577         int m3;
10579         const int cm1 = 7;
10580         const int cm2;
10581         const int cm3;
10582     };
10584 The compiler will flag the uninitialized `cm3` because it is a `const`, but it will not catch the lack of initialization of `m3`.
10585 Usually, a rare spurious member initialization is worth the absence of errors from lack of initialization and often an optimizer
10586 can eliminate a redundant initialization (e.g., an initialization that occurs immediately before an assignment).
10588 ##### Exception
10590 If you are declaring an object that is just about to be initialized from input, initializing it would cause a double initialization.
10591 However, beware that this may leave uninitialized data beyond the input -- and that has been a fertile source of errors and security breaches:
10593     constexpr int max = 8 * 1024;
10594     int buf[max];         // OK, but suspicious: uninitialized
10595     f.read(buf, max);
10597 The cost of initializing that array could be significant in some situations.
10598 However, such examples do tend to leave uninitialized variables accessible, so they should be treated with suspicion.
10600     constexpr int max = 8 * 1024;
10601     int buf[max] = {};   // zero all elements; better in some situations
10602     f.read(buf, max);
10604 Because of the restrictive initialization rules for arrays and `std::array`, they offer the most compelling examples of the need for this exception.
10606 When feasible use a library function that is known not to overflow. For example:
10608     string s;   // s is default initialized to ""
10609     cin >> s;   // s expands to hold the string
10611 Don't consider simple variables that are targets for input operations exceptions to this rule:
10613     int i;   // bad
10614     // ...
10615     cin >> i;
10617 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.
10619     int i2 = 0;   // better, assuming that zero is an acceptable value for i2
10620     // ...
10621     cin >> i2;
10623 A good optimizer should know about input operations and eliminate the redundant operation.
10626 ##### Note
10628 Sometimes, a lambda can be used as an initializer to avoid an uninitialized variable:
10630     error_code ec;
10631     Value v = [&] {
10632         auto p = get_value();   // get_value() returns a pair<error_code, Value>
10633         ec = p.first;
10634         return p.second;
10635     }();
10637 or maybe:
10639     Value v = [] {
10640         auto p = get_value();   // get_value() returns a pair<error_code, Value>
10641         if (p.first) throw Bad_value{p.first};
10642         return p.second;
10643     }();
10645 **See also**: [ES.28](#Res-lambda-init)
10647 ##### Enforcement
10649 * Flag every uninitialized variable.
10650   Don't flag variables of user-defined types with default constructors.
10651 * Check that an uninitialized buffer is written into *immediately* after declaration.
10652   Passing an uninitialized variable as a reference to non-`const` argument can be assumed to be a write into the variable.
10654 ### <a name="Res-introduce"></a>ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it
10656 ##### Reason
10658 Readability. To limit the scope in which the variable can be used.
10660 ##### Example
10662     int x = 7;
10663     // ... no use of x here ...
10664     ++x;
10666 ##### Enforcement
10668 Flag declarations that are distant from their first use.
10670 ### <a name="Res-init"></a>ES.22: Don't declare a variable until you have a value to initialize it with
10672 ##### Reason
10674 Readability. Limit the scope in which a variable can be used. Don't risk used-before-set. Initialization is often more efficient than assignment.
10676 ##### Example, bad
10678     string s;
10679     // ... no use of s here ...
10680     s = "what a waste";
10682 ##### Example, bad
10684     SomeLargeType var;   // ugly CaMeLcAsEvArIaBlE
10686     if (cond)   // some non-trivial condition
10687         Set(&var);
10688     else if (cond2 || !cond3) {
10689         var = Set2(3.14);
10690     }
10691     else {
10692         var = 0;
10693         for (auto& e : something)
10694             var += e;
10695     }
10697     // use var; that this isn't done too early can be enforced statically with only control flow
10699 This would be fine if there was a default initialization for `SomeLargeType` that wasn't too expensive.
10700 Otherwise, a programmer might very well wonder if every possible path through the maze of conditions has been covered.
10701 If not, we have a "use before set" bug. This is a maintenance trap.
10703 For initializers of moderate complexity, including for `const` variables, consider using a lambda to express the initializer; see [ES.28](#Res-lambda-init).
10705 ##### Enforcement
10707 * Flag declarations with default initialization that are assigned to before they are first read.
10708 * Flag any complicated computation after an uninitialized variable and before its use.
10710 ### <a name="Res-list"></a>ES.23: Prefer the `{}`-initializer syntax
10712 ##### Reason
10714 Prefer `{}`. The rules for `{}` initialization are simpler, more general, less ambiguous, and safer than for other forms of initialization.
10716 Use `=` only when you are sure that there can be no narrowing conversions. For built-in arithmetic types, use `=` only with `auto`.
10718 Avoid `()` initialization, which allows parsing ambiguities.
10720 ##### Example
10722     int x {f(99)};
10723     int y = x;
10724     vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
10726 ##### Exception
10728 For containers, there is a tradition for using `{...}` for a list of elements and `(...)` for sizes:
10730     vector<int> v1(10);    // vector of 10 elements with the default value 0
10731     vector<int> v2{10};    // vector of 1 element with the value 10
10733     vector<int> v3(1, 2);  // vector of 1 element with the value 2
10734     vector<int> v4{1, 2};  // vector of 2 element with the values 1 and 2
10736 ##### Note
10738 `{}`-initializers do not allow narrowing conversions (and that is usually a good thing) and allow explicit constructors (which is fine, we're intentionally initializing a new variable).
10740 ##### Example
10742     int x {7.9};   // error: narrowing
10743     int y = 7.9;   // OK: y becomes 7. Hope for a compiler warning
10744     int z = gsl::narrow_cast<int>(7.9);  // OK: you asked for it
10746 ##### Note
10748 `{}` initialization can be used for nearly all initialization; other forms of initialization can't:
10750     auto p = new vector<int> {1, 2, 3, 4, 5};   // initialized vector
10751     D::D(int a, int b) :m{a, b} {   // member initializer (e.g., m might be a pair)
10752         // ...
10753     };
10754     X var {};   // initialize var to be empty
10755     struct S {
10756         int m {7};   // default initializer for a member
10757         // ...
10758     };
10760 For that reason, `{}`-initialization is often called "uniform initialization"
10761 (though there unfortunately are a few irregularities left).
10763 ##### Note
10765 Initialization of a variable declared using `auto` with a single value, e.g., `{v}`, had surprising results until C++17.
10766 The C++17 rules are somewhat less surprising:
10768     auto x1 {7};        // x1 is an int with the value 7
10769     auto x2 = {7};      // x2 is an initializer_list<int> with an element 7
10771     auto x11 {7, 8};    // error: two initializers
10772     auto x22 = {7, 8};  // x22 is an initializer_list<int> with elements 7 and 8
10774 Use `={...}` if you really want an `initializer_list<T>`
10776     auto fib10 = {1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55};   // fib10 is a list
10778 ##### Note
10780 `={}` gives copy initialization whereas `{}` gives direct initialization.
10781 Like the distinction between copy-initialization and direct-initialization itself, this can lead to surprises.
10782 `{}` accepts `explicit` constructors; `={}` does not. For example:
10784     struct Z { explicit Z() {} };
10786     Z z1{};     // OK: direct initialization, so we use explicit constructor
10787     Z z2 = {};  // error: copy initialization, so we cannot use the explicit constructor
10789 Use plain `{}`-initialization unless you specifically want to disable explicit constructors.
10791 ##### Example
10793     template<typename T>
10794     void f()
10795     {
10796         T x1(1);    // T initialized with 1
10797         T x0();     // bad: function declaration (often a mistake)
10799         T y1 {1};   // T initialized with 1
10800         T y0 {};    // default initialized T
10801         // ...
10802     }
10804 **See also**: [Discussion](#???)
10806 ##### Enforcement
10808 * Flag uses of `=` to initialize arithmetic types where narrowing occurs.
10809 * Flag uses of `()` initialization syntax that are actually declarations. (Many compilers should warn on this already.)
10811 ### <a name="Res-unique"></a>ES.24: Use a `unique_ptr<T>` to hold pointers
10813 ##### Reason
10815 Using `std::unique_ptr` is the simplest way to avoid leaks. It is reliable, it
10816 makes the type system do much of the work to validate ownership safety, it
10817 increases readability, and it has zero or near zero run-time cost.
10819 ##### Example
10821     void use(bool leak)
10822     {
10823         auto p1 = make_unique<int>(7);   // OK
10824         int* p2 = new int{7};            // bad: might leak
10825         // ... no assignment to p2 ...
10826         if (leak) return;
10827         // ... no assignment to p2 ...
10828         vector<int> v(7);
10829         v.at(7) = 0;                    // exception thrown
10830         // ...
10831     }
10833 If `leak == true` the object pointed to by `p2` is leaked and the object pointed to by `p1` is not.
10834 The same is the case when `at()` throws.
10836 ##### Enforcement
10838 Look for raw pointers that are targets of `new`, `malloc()`, or functions that may return such pointers.
10840 ### <a name="Res-const"></a>ES.25: Declare an object `const` or `constexpr` unless you want to modify its value later on
10842 ##### Reason
10844 That way you can't change the value by mistake. That way may offer the compiler optimization opportunities.
10846 ##### Example
10848     void f(int n)
10849     {
10850         const int bufmax = 2 * n + 2;  // good: we can't change bufmax by accident
10851         int xmax = n;                  // suspicious: is xmax intended to change?
10852         // ...
10853     }
10855 ##### Enforcement
10857 Look to see if a variable is actually mutated, and flag it if
10858 not. Unfortunately, it may be impossible to detect when a non-`const` was not
10859 *intended* to vary (vs when it merely did not vary).
10861 ### <a name="Res-recycle"></a>ES.26: Don't use a variable for two unrelated purposes
10863 ##### Reason
10865 Readability and safety.
10867 ##### Example, bad
10869     void use()
10870     {
10871         int i;
10872         for (i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }
10873         for (i = 0; i < 200; ++i) { /* ... */ } // bad: i recycled
10874     }
10876 ##### Note
10878 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.
10880     void write_to_file() {
10881         std::string buffer;             // to avoid reallocations on every loop iteration
10882         for (auto& o : objects)
10883         {
10884             // First part of the work.
10885             generate_first_string(buffer, o);
10886             write_to_file(buffer);
10888             // Second part of the work.
10889             generate_second_string(buffer, o);
10890             write_to_file(buffer);
10892             // etc...
10893         }
10894     }
10896 ##### Enforcement
10898 Flag recycled variables.
10900 ### <a name="Res-stack"></a>ES.27: Use `std::array` or `stack_array` for arrays on the stack
10902 ##### Reason
10904 They are readable and don't implicitly convert to pointers.
10905 They are not confused with non-standard extensions of built-in arrays.
10907 ##### Example, bad
10909     const int n = 7;
10910     int m = 9;
10912     void f()
10913     {
10914         int a1[n];
10915         int a2[m];   // error: not ISO C++
10916         // ...
10917     }
10919 ##### Note
10921 The definition of `a1` is legal C++ and has always been.
10922 There is a lot of such code.
10923 It is error-prone, though, especially when the bound is non-local.
10924 Also, it is a "popular" source of errors (buffer overflow, pointers from array decay, etc.).
10925 The definition of `a2` is C but not C++ and is considered a security risk
10927 ##### Example
10929     const int n = 7;
10930     int m = 9;
10932     void f()
10933     {
10934         array<int, n> a1;
10935         stack_array<int> a2(m);
10936         // ...
10937     }
10939 ##### Enforcement
10941 * Flag arrays with non-constant bounds (C-style VLAs)
10942 * Flag arrays with non-local constant bounds
10944 ### <a name="Res-lambda-init"></a>ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables
10946 ##### Reason
10948 It nicely encapsulates local initialization, including cleaning up scratch variables needed only for the initialization, without needing to create a needless non-local yet non-reusable function. It also works for variables that should be `const` but only after some initialization work.
10950 ##### Example, bad
10952     widget x;   // should be const, but:
10953     for (auto i = 2; i <= N; ++i) {          // this could be some
10954         x += some_obj.do_something_with(i);  // arbitrarily long code
10955     }                                        // needed to initialize x
10956     // from here, x should be const, but we can't say so in code in this style
10958 ##### Example, good
10960     const widget x = [&]{
10961         widget val;                                // assume that widget has a default constructor
10962         for (auto i = 2; i <= N; ++i) {            // this could be some
10963             val += some_obj.do_something_with(i);  // arbitrarily long code
10964         }                                          // needed to initialize x
10965         return val;
10966     }();
10968 ##### Example
10970     string var = [&]{
10971         if (!in) return "";   // default
10972         string s;
10973         for (char c : in >> c)
10974             s += toupper(c);
10975         return s;
10976     }(); // note ()
10978 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.
10980 ##### Enforcement
10982 Hard. At best a heuristic. Look for an uninitialized variable followed by a loop assigning to it.
10984 ### <a name="Res-macros"></a>ES.30: Don't use macros for program text manipulation
10986 ##### Reason
10988 Macros are a major source of bugs.
10989 Macros don't obey the usual scope and type rules.
10990 Macros ensure that the human reader sees something different from what the compiler sees.
10991 Macros complicate tool building.
10993 ##### Example, bad
10995     #define Case break; case   /* BAD */
10997 This innocuous-looking macro makes a single lower case `c` instead of a `C` into a bad flow-control bug.
10999 ##### Note
11001 This rule does not ban the use of macros for "configuration control" use in `#ifdef`s, etc.
11003 In the future, modules are likely to eliminate the need for macros in configuration control.
11005 ##### Note
11007 This rule is meant to also discourage use of `#` for stringification and `##` for concatenation.
11008 As usual for macros, there are uses that are "mostly harmless", but even these can create problems for tools,
11009 such as auto completers, static analyzers, and debuggers.
11010 Often the desire to use fancy macros is a sign of an overly complex design.
11011 Also, `#` and `##` encourages the definition and use of macros:
11013     #define CAT(a, b) a ## b
11014     #define STRINGIFY(a) #a
11016     void f(int x, int y)
11017     {
11018         string CAT(x, y) = "asdf";   // BAD: hard for tools to handle (and ugly)
11019         string sx2 = STRINGIFY(x);
11020         // ...
11021     }
11023 There are workarounds for low-level string manipulation using macros. For example:
11025     string s = "asdf" "lkjh";   // ordinary string literal concatenation
11027     enum E { a, b };
11029     template<int x>
11030     constexpr const char* stringify()
11031     {
11032         switch (x) {
11033         case a: return "a";
11034         case b: return "b";
11035         }
11036     }
11038     void f(int x, int y)
11039     {
11040         string sx = stringify<x>();
11041         // ...
11042     }
11044 This is not as convenient as a macro to define, but as easy to use, has zero overhead, and is typed and scoped.
11046 In the future, static reflection is likely to eliminate the last needs for the preprocessor for program text manipulation.
11048 ##### Enforcement
11050 Scream when you see a macro that isn't just used for source control (e.g., `#ifdef`)
11052 ### <a name="Res-macros2"></a>ES.31: Don't use macros for constants or "functions"
11054 ##### Reason
11056 Macros are a major source of bugs.
11057 Macros don't obey the usual scope and type rules.
11058 Macros don't obey the usual rules for argument passing.
11059 Macros ensure that the human reader sees something different from what the compiler sees.
11060 Macros complicate tool building.
11062 ##### Example, bad
11064     #define PI 3.14
11065     #define SQUARE(a, b) (a * b)
11067 Even if we hadn't left a well-known bug in `SQUARE` there are much better behaved alternatives; for example:
11069     constexpr double pi = 3.14;
11070     template<typename T> T square(T a, T b) { return a * b; }
11072 ##### Enforcement
11074 Scream when you see a macro that isn't just used for source control (e.g., `#ifdef`)
11076 ### <a name="Res-ALL_CAPS"></a>ES.32: Use `ALL_CAPS` for all macro names
11078 ##### Reason
11080 Convention. Readability. Distinguishing macros.
11082 ##### Example
11084     #define forever for (;;)   /* very BAD */
11086     #define FOREVER for (;;)   /* Still evil, but at least visible to humans */
11088 ##### Enforcement
11090 Scream when you see a lower case macro.
11092 ### <a name="Res-MACROS"></a>ES.33: If you must use macros, give them unique names
11094 ##### Reason
11096 Macros do not obey scope rules.
11098 ##### Example
11100     #define MYCHAR        /* BAD, will eventually clash with someone else's MYCHAR*/
11102     #define ZCORP_CHAR    /* Still evil, but less likely to clash */
11104 ##### Note
11106 Avoid macros if you can: [ES.30](#Res-macros), [ES.31](#Res-macros2), and [ES.32](#Res-ALL_CAPS).
11107 However, there are billions of lines of code littered with macros and a long tradition for using and overusing macros.
11108 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.
11110 ##### Enforcement
11112 Warn against short macro names.
11114 ### <a name="Res-ellipses"></a> ES.34: Don't define a (C-style) variadic function
11116 ##### Reason
11118 Not type safe.
11119 Requires messy cast-and-macro-laden code to get working right.
11121 ##### Example
11123     #include <cstdarg>
11125     // "severity" followed by a zero-terminated list of char*s; write the C-style strings to cerr
11126     void error(int severity ...)
11127     {
11128         va_list ap;             // a magic type for holding arguments
11129         va_start(ap, severity); // arg startup: "severity" is the first argument of error()
11131         for (;;) {
11132             // treat the next var as a char*; no checking: a cast in disguise
11133             char* p = va_arg(ap, char*);
11134             if (!p) break;
11135             cerr << p << ' ';
11136         }
11138         va_end(ap);             // arg cleanup (don't forget this)
11140         cerr << '\n';
11141         if (severity) exit(severity);
11142     }
11144     void use()
11145     {
11146         error(7, "this", "is", "an", "error", nullptr);
11147         error(7); // crash
11148         error(7, "this", "is", "an", "error");  // crash
11149         const char* is = "is";
11150         string an = "an";
11151         error(7, "this", "is", an, "error"); // crash
11152     }
11154 **Alternative**: Overloading. Templates. Variadic templates.
11156     #include <iostream>
11158     void error(int severity)
11159     {
11160         std::cerr << '\n';
11161         std::exit(severity);
11162     }
11164     template <typename T, typename... Ts>
11165     constexpr void error(int severity, T head, Ts... tail)
11166     {
11167         std::cerr << head;
11168         error(severity, tail...);
11169     }
11171     void use()
11172     {
11173         error(7); // No crash!
11174         error(5, "this", "is", "not", "an", "error"); // No crash!
11176         std::string an = "an";
11177         error(7, "this", "is", "not", an, "error"); // No crash!
11179         error(5, "oh", "no", nullptr); // Compile error! No need for nullptr.
11180     }
11183 ##### Note
11185 This is basically the way `printf` is implemented.
11187 ##### Enforcement
11189 * Flag definitions of C-style variadic functions.
11190 * Flag `#include <cstdarg>` and `#include <stdarg.h>`
11193 ## ES.expr: Expressions
11195 Expressions manipulate values.
11197 ### <a name="Res-complicated"></a>ES.40: Avoid complicated expressions
11199 ##### Reason
11201 Complicated expressions are error-prone.
11203 ##### Example
11205     // bad: assignment hidden in subexpression
11206     while ((c = getc()) != -1)
11208     // bad: two non-local variables assigned in sub-expressions
11209     while ((cin >> c1, cin >> c2), c1 == c2)
11211     // better, but possibly still too complicated
11212     for (char c1, c2; cin >> c1 >> c2 && c1 == c2;)
11214     // OK: if i and j are not aliased
11215     int x = ++i + ++j;
11217     // OK: if i != j and i != k
11218     v[i] = v[j] + v[k];
11220     // bad: multiple assignments "hidden" in subexpressions
11221     x = a + (b = f()) + (c = g()) * 7;
11223     // bad: relies on commonly misunderstood precedence rules
11224     x = a & b + c * d && e ^ f == 7;
11226     // bad: undefined behavior
11227     x = x++ + x++ + ++x;
11229 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.
11231 ##### Note
11233 C++17 tightens up the rules for the order of evaluation
11234 (left-to-right except right-to-left in assignments, and the order of evaluation of function arguments is unspecified; [see ES.43](#Res-order)),
11235 but that doesn't change the fact that complicated expressions are potentially confusing.
11237 ##### Note
11239 A programmer should know and use the basic rules for expressions.
11241 ##### Example
11243     x = k * y + z;             // OK
11245     auto t1 = k * y;           // bad: unnecessarily verbose
11246     x = t1 + z;
11248     if (0 <= x && x < max)   // OK
11250     auto t1 = 0 <= x;        // bad: unnecessarily verbose
11251     auto t2 = x < max;
11252     if (t1 && t2)            // ...
11254 ##### Enforcement
11256 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:
11258 * 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
11259 * writes to aliased variables
11260 * more than N operators (and what should N be?)
11261 * reliance of subtle precedence rules
11262 * uses undefined behavior (can we catch all undefined behavior?)
11263 * implementation defined behavior?
11264 * ???
11266 ### <a name="Res-parens"></a>ES.41: If in doubt about operator precedence, parenthesize
11268 ##### Reason
11270 Avoid errors. Readability. Not everyone has the operator table memorized.
11272 ##### Example
11274     const unsigned int flag = 2;
11275     unsigned int a = flag;
11277     if (a & flag != 0)  // bad: means a&(flag != 0)
11279 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.
11281     if ((a & flag) != 0)  // OK: works as intended
11283 ##### Note
11285 You should know enough not to need parentheses for:
11287     if (a < 0 || a <= max) {
11288         // ...
11289     }
11291 ##### Enforcement
11293 * Flag combinations of bitwise-logical operators and other operators.
11294 * Flag assignment operators not as the leftmost operator.
11295 * ???
11297 ### <a name="Res-ptr"></a>ES.42: Keep use of pointers simple and straightforward
11299 ##### Reason
11301 Complicated pointer manipulation is a major source of errors.
11303 ##### Note
11305 Use `gsl::span` instead.
11306 Pointers should [only refer to single objects](#Ri-array).
11307 Pointer arithmetic is fragile and easy to get wrong, the source of many, many bad bugs and security violations.
11308 `span` is a bounds-checked, safe type for accessing arrays of data.
11309 Access into an array with known bounds using a constant as a subscript can be validated by the compiler.
11311 ##### Example, bad
11313     void f(int* p, int count)
11314     {
11315         if (count < 2) return;
11317         int* q = p + 1;    // BAD
11319         ptrdiff_t d;
11320         int n;
11321         d = (p - &n);      // OK
11322         d = (q - p);       // OK
11324         int n = *p++;      // BAD
11326         if (count < 6) return;
11328         p[4] = 1;          // BAD
11330         p[count - 1] = 2;  // BAD
11332         use(&p[0], 3);     // BAD
11333     }
11335 ##### Example, good
11337     void f(span<int> a) // BETTER: use span in the function declaration
11338     {
11339         if (a.size() < 2) return;
11341         int n = a[0];      // OK
11343         span<int> q = a.subspan(1); // OK
11345         if (a.size() < 6) return;
11347         a[4] = 1;          // OK
11349         a[a.size() - 1] = 2;  // OK
11351         use(a.data(), 3);  // OK
11352     }
11354 ##### Note
11356 Subscripting with a variable is difficult for both tools and humans to validate as safe.
11357 `span` is a run-time bounds-checked, safe type for accessing arrays of data.
11358 `at()` is another alternative that ensures single accesses are bounds-checked.
11359 If iterators are needed to access an array, use the iterators from a `span` constructed over the array.
11361 ##### Example, bad
11363     void f(array<int, 10> a, int pos)
11364     {
11365         a[pos / 2] = 1; // BAD
11366         a[pos - 1] = 2; // BAD
11367         a[-1] = 3;    // BAD (but easily caught by tools) -- no replacement, just don't do this
11368         a[10] = 4;    // BAD (but easily caught by tools) -- no replacement, just don't do this
11369     }
11371 ##### Example, good
11373 Use a `span`:
11375     void f1(span<int, 10> a, int pos) // A1: Change parameter type to use span
11376     {
11377         a[pos / 2] = 1; // OK
11378         a[pos - 1] = 2; // OK
11379     }
11381     void f2(array<int, 10> arr, int pos) // A2: Add local span and use that
11382     {
11383         span<int> a = {arr.data(), pos};
11384         a[pos / 2] = 1; // OK
11385         a[pos - 1] = 2; // OK
11386     }
11388 Use `at()`:
11390     void f3(array<int, 10> a, int pos) // ALTERNATIVE B: Use at() for access
11391     {
11392         at(a, pos / 2) = 1; // OK
11393         at(a, pos - 1) = 2; // OK
11394     }
11396 ##### Example, bad
11398     void f()
11399     {
11400         int arr[COUNT];
11401         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
11402             arr[i] = i; // BAD, cannot use non-constant indexer
11403     }
11405 ##### Example, good
11407 Use a `span`:
11409     void f1()
11410     {
11411         int arr[COUNT];
11412         span<int> av = arr;
11413         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
11414             av[i] = i;
11415     }
11417 Use a `span` and range-`for`:
11419     void f1a()
11420     {
11421          int arr[COUNT];
11422          span<int, COUNT> av = arr;
11423          int i = 0;
11424          for (auto& e : av)
11425              e = i++;
11426     }
11428 Use `at()` for access:
11430     void f2()
11431     {
11432         int arr[COUNT];
11433         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
11434             at(arr, i) = i;
11435     }
11437 Use a range-`for`:
11439     void f3()
11440     {
11441         int arr[COUNT];
11442         int i = 0;
11443         for (auto& e : arr)
11444              e = i++;
11445     }
11447 ##### Note
11449 Tooling can offer rewrites of array accesses that involve dynamic index expressions to use `at()` instead:
11451     static int a[10];
11453     void f(int i, int j)
11454     {
11455         a[i + j] = 12;      // BAD, could be rewritten as ...
11456         at(a, i + j) = 12;  // OK -- bounds-checked
11457     }
11459 ##### Example
11461 Turning an array into a pointer (as the language does essentially always) removes opportunities for checking, so avoid it
11463     void g(int* p);
11465     void f()
11466     {
11467         int a[5];
11468         g(a);        // BAD: are we trying to pass an array?
11469         g(&a[0]);    // OK: passing one object
11470     }
11472 If you want to pass an array, say so:
11474     void g(int* p, size_t length);  // old (dangerous) code
11476     void g1(span<int> av); // BETTER: get g() changed.
11478     void f2()
11479     {
11480         int a[5];
11481         span<int> av = a;
11483         g(av.data(), av.size());   // OK, if you have no choice
11484         g1(a);                     // OK -- no decay here, instead use implicit span ctor
11485     }
11487 ##### Enforcement
11489 * Flag any arithmetic operation on an expression of pointer type that results in a value of pointer type.
11490 * Flag any indexing expression on an expression or variable of array type (either static array or `std::array`) where the indexer is not a compile-time constant expression with a value between `0` and the upper bound of the array.
11491 * Flag any expression that would rely on implicit conversion of an array type to a pointer type.
11493 This rule is part of the [bounds-safety profile](#SS-bounds).
11496 ### <a name="Res-order"></a>ES.43: Avoid expressions with undefined order of evaluation
11498 ##### Reason
11500 You have no idea what such code does. Portability.
11501 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.
11503 ##### Note
11505 C++17 tightens up the rules for the order of evaluation:
11506 left-to-right except right-to-left in assignments, and the order of evaluation of function arguments is unspecified.
11508 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.
11510 ##### Example
11512     v[i] = ++i;   //  the result is undefined
11514 A good rule of thumb is that you should not read a value twice in an expression where you write to it.
11516 ##### Enforcement
11518 Can be detected by a good analyzer.
11520 ### <a name="Res-order-fct"></a>ES.44: Don't depend on order of evaluation of function arguments
11522 ##### Reason
11524 Because that order is unspecified.
11526 ##### Note
11528 C++17 tightens up the rules for the order of evaluation, but the order of evaluation of function arguments is still unspecified.
11530 ##### Example
11532     int i = 0;
11533     f(++i, ++i);
11535 The call will most likely be `f(0, 1)` or `f(1, 0)`, but you don't know which.
11536 Technically, the behavior is undefined.
11537 In C++17, this code does not have undefined behavior, but it is still not specified which argument is evaluated first.
11539 ##### Example
11541 Overloaded operators can lead to order of evaluation problems:
11543     f1()->m(f2());          // m(f1(), f2())
11544     cout << f1() << f2();   // operator<<(operator<<(cout, f1()), f2())
11546 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)
11548     f1() = f2();    // undefined behavior in C++14; in C++17, f2() is evaluated before f1()
11550 ##### Enforcement
11552 Can be detected by a good analyzer.
11554 ### <a name="Res-magic"></a>ES.45: Avoid "magic constants"; use symbolic constants
11556 ##### Reason
11558 Unnamed constants embedded in expressions are easily overlooked and often hard to understand:
11560 ##### Example
11562     for (int m = 1; m <= 12; ++m)   // don't: magic constant 12
11563         cout << month[m] << '\n';
11565 No, we don't all know that there are 12 months, numbered 1..12, in a year. Better:
11567     // months are indexed 1..12
11568     constexpr int first_month = 1;
11569     constexpr int last_month = 12;
11571     for (int m = first_month; m <= last_month; ++m)   // better
11572         cout << month[m] << '\n';
11574 Better still, don't expose constants:
11576     for (auto m : month)
11577         cout << m << '\n';
11579 ##### Enforcement
11581 Flag literals in code. Give a pass to `0`, `1`, `nullptr`, `\n`, `""`, and others on a positive list.
11583 ### <a name="Res-narrowing"></a>ES.46: Avoid lossy (narrowing, truncating) arithmetic conversions
11585 ##### Reason
11587 A narrowing conversion destroys information, often unexpectedly so.
11589 ##### Example, bad
11591 A key example is basic narrowing:
11593     double d = 7.9;
11594     int i = d;    // bad: narrowing: i becomes 7
11595     i = (int) d;  // bad: we're going to claim this is still not explicit enough
11597     void f(int x, long y, double d)
11598     {
11599         char c1 = x;   // bad: narrowing
11600         char c2 = y;   // bad: narrowing
11601         char c3 = d;   // bad: narrowing
11602     }
11604 ##### Note
11606 The guidelines support library offers a `narrow_cast` operation for specifying that narrowing is acceptable and a `narrow` ("narrow if") that throws an exception if a narrowing would throw away information:
11608     i = narrow_cast<int>(d);   // OK (you asked for it): narrowing: i becomes 7
11609     i = narrow<int>(d);        // OK: throws narrowing_error
11611 We also include lossy arithmetic casts, such as from a negative floating point type to an unsigned integral type:
11613     double d = -7.9;
11614     unsigned u = 0;
11616     u = d;                          // BAD
11617     u = narrow_cast<unsigned>(d);   // OK (you asked for it): u becomes 4294967289
11618     u = narrow<unsigned>(d);        // OK: throws narrowing_error
11620 ##### Enforcement
11622 A good analyzer can detect all narrowing conversions. However, flagging all narrowing conversions will lead to a lot of false positives. Suggestions:
11624 * Flag all floating-point to integer conversions (maybe only `float`->`char` and `double`->`int`. Here be dragons! we need data).
11625 * Flag all `long`->`char` (I suspect `int`->`char` is very common. Here be dragons! we need data).
11626 * Consider narrowing conversions for function arguments especially suspect.
11628 ### <a name="Res-nullptr"></a>ES.47: Use `nullptr` rather than `0` or `NULL`
11630 ##### Reason
11632 Readability. Minimize surprises: `nullptr` cannot be confused with an
11633 `int`. `nullptr` also has a well-specified (very restrictive) type, and thus
11634 works in more scenarios where type deduction might do the wrong thing on `NULL`
11635 or `0`.
11637 ##### Example
11639 Consider:
11641     void f(int);
11642     void f(char*);
11643     f(0);         // call f(int)
11644     f(nullptr);   // call f(char*)
11646 ##### Enforcement
11648 Flag uses of `0` and `NULL` for pointers. The transformation may be helped by simple program transformation.
11650 ### <a name="Res-casts"></a>ES.48: Avoid casts
11652 ##### Reason
11654 Casts are a well-known source of errors. Make some optimizations unreliable.
11656 ##### Example, bad
11658     double d = 2;
11659     auto p = (long*)&d;
11660     auto q = (long long*)&d;
11661     cout << d << ' ' << *p << ' ' << *q << '\n';
11663 What would you think this fragment prints? The result is at best implementation defined. I got
11665     2 0 4611686018427387904
11667 Adding
11669     *q = 666;
11670     cout << d << ' ' << *p << ' ' << *q << '\n';
11672 I got
11674     3.29048e-321 666 666
11676 Surprised? I'm just glad I didn't crash the program.
11678 ##### Note
11680 Programmers who write casts typically assume that they know what they are doing,
11681 or that writing a cast makes the program "easier to read".
11682 In fact, they often disable the general rules for using values.
11683 Overload resolution and template instantiation usually pick the right function if there is a right function to pick.
11684 If there is not, maybe there ought to be, rather than applying a local fix (cast).
11686 ##### Note
11688 Casts are necessary in a systems programming language.  For example, how else
11689 would we get the address of a device register into a pointer?  However, casts
11690 are seriously overused as well as a major source of errors.
11692 ##### Note
11694 If you feel the need for a lot of casts, there may be a fundamental design problem.
11696 ##### Exception
11698 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.
11700 ##### Alternatives
11702 Casts are widely (mis) used. Modern C++ has rules and constructs that eliminate the need for casts in many contexts, such as
11704 * Use templates
11705 * Use `std::variant`
11706 * Rely on the well-defined, safe, implicit conversions between pointer types
11708 ##### Enforcement
11710 * Force the elimination of C-style casts, except on a function with a `[[nodiscard]]` return.
11711 * Warn if there are many functional style casts (there is an obvious problem in quantifying 'many').
11712 * The [type profile](#Pro-type-reinterpretcast) bans `reinterpret_cast`.
11713 * Warn against [identity casts](#Pro-type-identitycast) between pointer types, where the source and target types are the same (#Pro-type-identitycast).
11714 * Warn if a pointer cast could be [implicit](#Pro-type-implicitpointercast).
11716 ### <a name="Res-casts-named"></a>ES.49: If you must use a cast, use a named cast
11718 ##### Reason
11720 Readability. Error avoidance.
11721 Named casts are more specific than a C-style or functional cast, allowing the compiler to catch some errors.
11723 The named casts are:
11725 * `static_cast`
11726 * `const_cast`
11727 * `reinterpret_cast`
11728 * `dynamic_cast`
11729 * `std::move`         // `move(x)` is an rvalue reference to `x`
11730 * `std::forward`      // `forward<T>(x)` is an rvalue or an lvalue reference to `x` depending on `T`
11731 * `gsl::narrow_cast`  // `narrow_cast<T>(x)` is `static_cast<T>(x)`
11732 * `gsl::narrow`       // `narrow<T>(x)` is `static_cast<T>(x)` if `static_cast<T>(x) == x` or it throws `narrowing_error`
11734 ##### Example
11736     class B { /* ... */ };
11737     class D { /* ... */ };
11739     template<typename D> D* upcast(B* pb)
11740     {
11741         D* pd0 = pb;                        // error: no implicit conversion from B* to D*
11742         D* pd1 = (D*)pb;                    // legal, but what is done?
11743         D* pd2 = static_cast<D*>(pb);       // error: D is not derived from B
11744         D* pd3 = reinterpret_cast<D*>(pb);  // OK: on your head be it!
11745         D* pd4 = dynamic_cast<D*>(pb);      // OK: return nullptr
11746         // ...
11747     }
11749 The example was synthesized from real-world bugs where `D` used to be derived from `B`, but someone refactored the hierarchy.
11750 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).
11752 ##### Note
11754 When converting between types with no information loss (e.g. from `float` to
11755 `double` or `int64` from `int32`), brace initialization may be used instead.
11757     double d {some_float};
11758     int64_t i {some_int32};
11760 This makes it clear that the type conversion was intended and also prevents
11761 conversions between types that might result in loss of precision. (It is a
11762 compilation error to try to initialize a `float` from a `double` in this fashion,
11763 for example.)
11765 ##### Note
11767 `reinterpret_cast` can be essential, but the essential uses (e.g., turning a machine address into pointer) are not type safe:
11769     auto p = reinterpret_cast<Device_register>(0x800);  // inherently dangerous
11772 ##### Enforcement
11774 * Flag C-style and functional casts.
11775 * The [type profile](#Pro-type-reinterpretcast) bans `reinterpret_cast`.
11776 * The [type profile](#Pro-type-arithmeticcast) warns when using `static_cast` between arithmetic types.
11778 ### <a name="Res-casts-const"></a>ES.50: Don't cast away `const`
11780 ##### Reason
11782 It makes a lie out of `const`.
11783 If the variable is actually declared `const`, modifying it results in undefined behavior.
11785 ##### Example, bad
11787     void f(const int& x)
11788     {
11789         const_cast<int&>(x) = 42;   // BAD
11790     }
11792     static int i = 0;
11793     static const int j = 0;
11795     f(i); // silent side effect
11796     f(j); // undefined behavior
11798 ##### Example
11800 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:
11802     class Bar;
11804     class Foo {
11805     public:
11806         // BAD, duplicates logic
11807         Bar& get_bar() {
11808             /* complex logic around getting a non-const reference to my_bar */
11809         }
11811         const Bar& get_bar() const {
11812             /* same complex logic around getting a const reference to my_bar */
11813         }
11814     private:
11815         Bar my_bar;
11816     };
11818 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`:
11820     class Foo {
11821     public:
11822         // not great, non-const calls const version but resorts to const_cast
11823         Bar& get_bar() {
11824             return const_cast<Bar&>(static_cast<const Foo&>(*this).get_bar());
11825         }
11826         const Bar& get_bar() const {
11827             /* the complex logic around getting a const reference to my_bar */
11828         }
11829     private:
11830         Bar my_bar;
11831     };
11833 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.
11835 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:
11837     class Foo {
11838     public:                         // good
11839               Bar& get_bar()       { return get_bar_impl(*this); }
11840         const Bar& get_bar() const { return get_bar_impl(*this); }
11841     private:
11842         Bar my_bar;
11844         template<class T>           // good, deduces whether T is const or non-const
11845         static auto get_bar_impl(T& t) -> decltype(t.get_bar())
11846             { /* the complex logic around getting a possibly-const reference to my_bar */ }
11847     };
11849 ##### Exception
11851 You may need to cast away `const` when calling `const`-incorrect functions.
11852 Prefer to wrap such functions in inline `const`-correct wrappers to encapsulate the cast in one place.
11854 ##### Example
11856 Sometimes, "cast away `const`" is to allow the updating of some transient information of an otherwise immutable object.
11857 Examples are caching, memoization, and precomputation.
11858 Such examples are often handled as well or better using `mutable` or an indirection than with a `const_cast`.
11860 Consider keeping previously computed results around for a costly operation:
11862     int compute(int x); // compute a value for x; assume this to be costly
11864     class Cache {   // some type implementing a cache for an int->int operation
11865     public:
11866         pair<bool, int> find(int x) const;   // is there a value for x?
11867         void set(int x, int v);             // make y the value for x
11868         // ...
11869     private:
11870         // ...
11871     };
11873     class X {
11874     public:
11875         int get_val(int x)
11876         {
11877             auto p = cache.find(x);
11878             if (p.first) return p.second;
11879             int val = compute(x);
11880             cache.set(x, val); // insert value for x
11881             return val;
11882         }
11883         // ...
11884     private:
11885         Cache cache;
11886     };
11888 Here, `get_val()` is logically constant, so we would like to make it a `const` member.
11889 To do this we still need to mutate `cache`, so people sometimes resort to a `const_cast`:
11891     class X {   // Suspicious solution based on casting
11892     public:
11893         int get_val(int x) const
11894         {
11895             auto p = cache.find(x);
11896             if (p.first) return p.second;
11897             int val = compute(x);
11898             const_cast<Cache&>(cache).set(x, val);   // ugly
11899             return val;
11900         }
11901         // ...
11902     private:
11903         Cache cache;
11904     };
11906 Fortunately, there is a better solution:
11907 State that `cache` is mutable even for a `const` object:
11909     class X {   // better solution
11910     public:
11911         int get_val(int x) const
11912         {
11913             auto p = cache.find(x);
11914             if (p.first) return p.second;
11915             int val = compute(x);
11916             cache.set(x, val);
11917             return val;
11918         }
11919         // ...
11920     private:
11921         mutable Cache cache;
11922     };
11924 An alternative solution would be to store a pointer to the `cache`:
11926     class X {   // OK, but slightly messier solution
11927     public:
11928         int get_val(int x) const
11929         {
11930             auto p = cache->find(x);
11931             if (p.first) return p.second;
11932             int val = compute(x);
11933             cache->set(x, val);
11934             return val;
11935         }
11936         // ...
11937     private:
11938         unique_ptr<Cache> cache;
11939     };
11941 That solution is the most flexible, but requires explicit construction and destruction of `*cache`
11942 (most likely in the constructor and destructor of `X`).
11944 In any variant, we must guard against data races on the `cache` in multi-threaded code, possibly using a `std::mutex`.
11946 ##### Enforcement
11948 * Flag `const_cast`s.
11949 * This rule is part of the [type-safety profile](#Pro-type-constcast) for the related Profile.
11951 ### <a name="Res-range-checking"></a>ES.55: Avoid the need for range checking
11953 ##### Reason
11955 Constructs that cannot overflow do not overflow (and usually run faster):
11957 ##### Example
11959     for (auto& x : v)      // print all elements of v
11960         cout << x << '\n';
11962     auto p = find(v, x);   // find x in v
11964 ##### Enforcement
11966 Look for explicit range checks and heuristically suggest alternatives.
11968 ### <a name="Res-move"></a>ES.56: Write `std::move()` only when you need to explicitly move an object to another scope
11970 ##### Reason
11972 We move, rather than copy, to avoid duplication and for improved performance.
11974 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).
11976 ##### Notes
11978 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.
11980 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`.
11982 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.
11984 ##### Example, bad
11986     void sink(X&& x);   // sink takes ownership of x
11988     void user()
11989     {
11990         X x;
11991         // error: cannot bind an lvalue to a rvalue reference
11992         sink(x);
11993         // OK: sink takes the contents of x, x must now be assumed to be empty
11994         sink(std::move(x));
11996         // ...
11998         // probably a mistake
11999         use(x);
12000     }
12002 Usually, a `std::move()` is used as an argument to a `&&` parameter.
12003 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.
12005     void f() {
12006         string s1 = "supercalifragilisticexpialidocious";
12008         string s2 = s1;             // ok, takes a copy
12009         assert(s1 == "supercalifragilisticexpialidocious");  // ok
12011         // bad, if you want to keep using s1's value
12012         string s3 = move(s1);
12014         // bad, assert will likely fail, s1 likely changed
12015         assert(s1 == "supercalifragilisticexpialidocious");
12016     }
12018 ##### Example
12020     void sink(unique_ptr<widget> p);  // pass ownership of p to sink()
12022     void f() {
12023         auto w = make_unique<widget>();
12024         // ...
12025         sink(std::move(w));               // ok, give to sink()
12026         // ...
12027         sink(w);    // Error: unique_ptr is carefully designed so that you cannot copy it
12028     }
12030 ##### Notes
12032 `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.
12033 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.
12035 Never write `std::move()` just because you've heard "it's more efficient."
12036 In general, don't believe claims of "efficiency" without data (???).
12037 In general, don't complicate your code without reason (??).
12038 Never write `std::move()` on a const object, it is silently transformed into a copy (see Item 23 in [Meyers15](#Meyers15))
12040 ##### Example, bad
12042     vector<int> make_vector() {
12043         vector<int> result;
12044         // ... load result with data
12045         return std::move(result);       // bad; just write "return result;"
12046     }
12048 Never write `return move(local_variable);`, because the language already knows the variable is a move candidate.
12049 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.
12052 ##### Example, bad
12054     vector<int> v = std::move(make_vector());   // bad; the std::move is entirely redundant
12056 Never write `move` on a returned value such as `x = move(f());` where `f` returns by value.
12057 The language already knows that a returned value is a temporary object that can be moved from.
12059 ##### Example
12061     void mover(X&& x) {
12062         call_something(std::move(x));         // ok
12063         call_something(std::forward<X>(x));   // bad, don't std::forward an rvalue reference
12064         call_something(x);                    // suspicious, why not std::move?
12065     }
12067     template<class T>
12068     void forwarder(T&& t) {
12069         call_something(std::move(t));         // bad, don't std::move a forwarding reference
12070         call_something(std::forward<T>(t));   // ok
12071         call_something(t);                    // suspicious, why not std::forward?
12072     }
12074 ##### Enforcement
12076 * 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.
12077 * Flag functions taking an `S&&` parameter if there is no `const S&` overload to take care of lvalues.
12078 * Flag a `std::move`s argument passed to a parameter, except when the parameter type is an `X&&` rvalue reference or the type is move-only and the parameter is passed by value.
12079 * Flag when `std::move` is applied to a forwarding reference (`T&&` where `T` is a template parameter type). Use `std::forward` instead.
12080 * Flag when `std::move` is applied to other than an rvalue reference to non-const. (More general case of the previous rule to cover the non-forwarding cases.)
12081 * Flag when `std::forward` is applied to an rvalue reference (`X&&` where `X` is a concrete type). Use `std::move` instead.
12082 * 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.)
12083 * 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.
12085 ### <a name="Res-new"></a>ES.60: Avoid `new` and `delete` outside resource management functions
12087 ##### Reason
12089 Direct resource management in application code is error-prone and tedious.
12091 ##### Note
12093 This is also known as the rule of "No naked `new`!"
12095 ##### Example, bad
12097     void f(int n)
12098     {
12099         auto p = new X[n];   // n default constructed Xs
12100         // ...
12101         delete[] p;
12102     }
12104 There can be code in the `...` part that causes the `delete` never to happen.
12106 **See also**: [R: Resource management](#S-resource)
12108 ##### Enforcement
12110 Flag naked `new`s and naked `delete`s.
12112 ### <a name="Res-del"></a>ES.61: Delete arrays using `delete[]` and non-arrays using `delete`
12114 ##### Reason
12116 That's what the language requires and mistakes can lead to resource release errors and/or memory corruption.
12118 ##### Example, bad
12120     void f(int n)
12121     {
12122         auto p = new X[n];   // n default constructed Xs
12123         // ...
12124         delete p;   // error: just delete the object p, rather than delete the array p[]
12125     }
12127 ##### Note
12129 This example not only violates the [no naked `new` rule](#Res-new) as in the previous example, it has many more problems.
12131 ##### Enforcement
12133 * If the `new` and the `delete` are in the same scope, mistakes can be flagged.
12134 * If the `new` and the `delete` are in a constructor/destructor pair, mistakes can be flagged.
12136 ### <a name="Res-arr2"></a>ES.62: Don't compare pointers into different arrays
12138 ##### Reason
12140 The result of doing so is undefined.
12142 ##### Example, bad
12144     void f()
12145     {
12146         int a1[7];
12147         int a2[9];
12148         if (&a1[5] < &a2[7]) {}       // bad: undefined
12149         if (0 < &a1[5] - &a2[7]) {}   // bad: undefined
12150     }
12152 ##### Note
12154 This example has many more problems.
12156 ##### Enforcement
12160 ### <a name="Res-slice"></a>ES.63: Don't slice
12162 ##### Reason
12164 Slicing -- that is, copying only part of an object using assignment or initialization -- most often leads to errors because
12165 the object was meant to be considered as a whole.
12166 In the rare cases where the slicing was deliberate the code can be surprising.
12168 ##### Example
12170     class Shape { /* ... */ };
12171     class Circle : public Shape { /* ... */ Point c; int r; };
12173     Circle c {{0, 0}, 42};
12174     Shape s {c};    // copy construct only the Shape part of Circle
12175     s = c;          // or copy assign only the Shape part of Circle
12177     void assign(const Shape& src, Shape& dest) {
12178         dest = src;
12179     }
12180     Circle c2 {{1, 1}, 43};
12181     assign(c, c2);   // oops, not the whole state is transferred
12182     assert(c == c2); // if we supply copying, we should also provide comparison,
12183                      // but this will likely return false
12185 The result will be meaningless because the center and radius will not be copied from `c` into `s`.
12186 The first defense against this is to [define the base class `Shape` not to allow this](#Rc-copy-virtual).
12188 ##### Alternative
12190 If you mean to slice, define an explicit operation to do so.
12191 This saves readers from confusion.
12192 For example:
12194     class Smiley : public Circle {
12195         public:
12196         Circle copy_circle();
12197         // ...
12198     };
12200     Smiley sm { /* ... */ };
12201     Circle c1 {sm};  // ideally prevented by the definition of Circle
12202     Circle c2 {sm.copy_circle()};
12204 ##### Enforcement
12206 Warn against slicing.
12208 ### <a name="Res-construct"></a>ES.64: Use the `T{e}`notation for construction
12210 ##### Reason
12212 The `T{e}` construction syntax makes it explicit that construction is desired.
12213 The `T{e}` construction syntax doesn't allow narrowing.
12214 `T{e}` is the only safe and general expression for constructing a value of type `T` from an expression `e`.
12215 The casts notations `T(e)` and `(T)e` are neither safe nor general.
12217 ##### Example
12219 For built-in types, the construction notation protects against narrowing and reinterpretation
12221     void use(char ch, int i, double d, char* p, long long lng)
12222     {
12223         int x1 = int{ch};     // OK, but redundant
12224         int x2 = int{d};      // error: double->int narrowing; use a cast if you need to
12225         int x3 = int{p};      // error: pointer to->int; use a reinterpret_cast if you really need to
12226         int x4 = int{lng};    // error: long long->int narrowing; use a cast if you need to
12228         int y1 = int(ch);     // OK, but redundant
12229         int y2 = int(d);      // bad: double->int narrowing; use a cast if you need to
12230         int y3 = int(p);      // bad: pointer to->int; use a reinterpret_cast if you really need to
12231         int y4 = int(lng);    // bad: long long->int narrowing; use a cast if you need to
12233         int z1 = (int)ch;     // OK, but redundant
12234         int z2 = (int)d;      // bad: double->int narrowing; use a cast if you need to
12235         int z3 = (int)p;      // bad: pointer to->int; use a reinterpret_cast if you really need to
12236         int z4 = (int)lng;    // bad: long long->int narrowing; use a cast if you need to
12237     }
12239 The integer to/from pointer conversions are implementation defined when using the `T(e)` or `(T)e` notations, and non-portable
12240 between platforms with different integer and pointer sizes.
12242 ##### Note
12244 [Avoid casts](#Res-casts) (explicit type conversion) and if you must [prefer named casts](#Res-casts-named).
12246 ##### Note
12248 When unambiguous, the `T` can be left out of `T{e}`.
12250     complex<double> f(complex<double>);
12252     auto z = f({2*pi, 1});
12254 ##### Note
12256 The construction notation is the most general [initializer notation](#Res-list).
12258 ##### Exception
12260 `std::vector` and other containers were defined before we had `{}` as a notation for construction.
12261 Consider:
12263     vector<string> vs {10};                           // ten empty strings
12264     vector<int> vi1 {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};  // ten elements 1..10
12265     vector<int> vi2 {10};                             // one element with the value 10
12267 How do we get a `vector` of 10 default initialized `int`s?
12269     vector<int> v3(10); // ten elements with value 0
12271 The use of `()` rather than `{}` for number of elements is conventional (going back to the early 1980s), hard to change, but still
12272 a design error: for a container where the element type can be confused with the number of elements, we have an ambiguity that
12273 must be resolved.
12274 The conventional resolution is to interpret `{10}` as a list of one element and use `(10)` to distinguish a size.
12276 This mistake need not be repeated in new code.
12277 We can define a type to represent the number of elements:
12279     struct Count { int n; };
12281     template<typename T>
12282     class Vector {
12283     public:
12284         Vector(Count n);                     // n default-initialized elements
12285         Vector(initializer_list<T> init);    // init.size() elements
12286         // ...
12287     };
12289     Vector<int> v1{10};
12290     Vector<int> v2{Count{10}};
12291     Vector<Count> v3{Count{10}};    // yes, there is still a very minor problem
12293 The main problem left is to find a suitable name for `Count`.
12295 ##### Enforcement
12297 Flag the C-style `(T)e` and functional-style `T(e)` casts.
12300 ### <a name="Res-deref"></a>ES.65: Don't dereference an invalid pointer
12302 ##### Reason
12304 Dereferencing an invalid pointer, such as `nullptr`, is undefined behavior, typically leading to immediate crashes,
12305 wrong results, or memory corruption.
12307 ##### Note
12309 This rule is an obvious and well-known language rule, but can be hard to follow.
12310 It takes good coding style, library support, and static analysis to eliminate violations without major overhead.
12311 This is a major part of the discussion of [C++'s model for type- and resource-safety](#Stroustrup15).
12313 **See also**:
12315 * Use [RAII](#Rr-raii) to avoid lifetime problems.
12316 * Use [unique_ptr](#Rf-unique_ptr) to avoid lifetime problems.
12317 * Use [shared_ptr](#Rf-shared_ptr) to avoid lifetime problems.
12318 * Use [references](#Rf-ptr-ref) when `nullptr` isn't a possibility.
12319 * Use [not_null](#Rf-nullptr) to catch unexpected `nullptr` early.
12320 * Use the [bounds profile](#SS-bounds) to avoid range errors.
12323 ##### Example
12325     void f()
12326     {
12327         int x = 0;
12328         int* p = &x;
12330         if (condition()) {
12331             int y = 0;
12332             p = &y;
12333         } // invalidates p
12335         *p = 42;            // BAD, p might be invalid if the branch was taken
12336     }
12338 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).
12340     void f1()
12341     {
12342         int x = 0;
12343         int* p = &x;
12345         int y = 0;
12346         if (condition()) {
12347             p = &y;
12348         }
12350         *p = 42;            // OK, p points to x or y and both are still in scope
12351     }
12353 Unfortunately, most invalid pointer problems are harder to spot and harder to fix.
12355 ##### Example
12357     void f(int* p)
12358     {
12359         int x = *p; // BAD: how do we know that p is valid?
12360     }
12362 There is a huge amount of such code.
12363 Most works -- after lots of testing -- but in isolation it is impossible to tell whether `p` could be the `nullptr`.
12364 Consequently, this is also a major source of errors.
12365 There are many approaches to dealing with this potential problem:
12367     void f1(int* p) // deal with nullptr
12368     {
12369         if (!p) {
12370             // deal with nullptr (allocate, return, throw, make p point to something, whatever
12371         }
12372         int x = *p;
12373     }
12375 There are two potential problems with testing for `nullptr`:
12377 * it is not always obvious what to do what to do if we find `nullptr`
12378 * the test can be redundant and/or relatively expensive
12379 * it is not obvious if the test is to protect against a violation or part of the required logic.
12381 <!-- comment needed for code block after list -->
12382     void f2(int* p) // state that p is not supposed to be nullptr
12383     {
12384         assert(p);
12385         int x = *p;
12386     }
12388 This would carry a cost only when the assertion checking was enabled and would give a compiler/analyzer useful information.
12389 This would work even better if/when C++ gets direct support for contracts:
12391     void f3(int* p) // state that p is not supposed to be nullptr
12392         [[expects: p]]
12393     {
12394         int x = *p;
12395     }
12397 Alternatively, we could use `gsl::not_null` to ensure that `p` is not the `nullptr`.
12399     void f(not_null<int*> p)
12400     {
12401         int x = *p;
12402     }
12404 These remedies take care of `nullptr` only.
12405 Remember that there are other ways of getting an invalid pointer.
12407 ##### Example
12409     void f(int* p)  // old code, doesn't use owner
12410     {
12411         delete p;
12412     }
12414     void g()        // old code: uses naked new
12415     {
12416         auto q = new int{7};
12417         f(q);
12418         int x = *q; // BAD: dereferences invalid pointer
12419     }
12421 ##### Example
12423     void f()
12424     {
12425         vector<int> v(10);
12426         int* p = &v[5];
12427         v.push_back(99); // could reallocate v's elements
12428         int x = *p; // BAD: dereferences potentially invalid pointer
12429     }
12431 ##### Enforcement
12433 This rule is part of the [lifetime safety profile](#SS-lifetime)
12435 * Flag a dereference of a pointer that points to an object that has gone out of scope
12436 * Flag a dereference of a pointer that may have been invalidated by assigning a `nullptr`
12437 * Flag a dereference of a pointer that may have been invalidated by a `delete`
12438 * Flag a dereference to a pointer to a container element that may have been invalidated by dereference
12441 ## ES.stmt: Statements
12443 Statements control the flow of control (except for function calls and exception throws, which are expressions).
12445 ### <a name="Res-switch-if"></a>ES.70: Prefer a `switch`-statement to an `if`-statement when there is a choice
12447 ##### Reason
12449 * Readability.
12450 * Efficiency: A `switch` compares against constants and is usually better optimized than a series of tests in an `if`-`then`-`else` chain.
12451 * A `switch` enables some heuristic consistency checking. For example, have all values of an `enum` been covered? If not, is there a `default`?
12453 ##### Example
12455     void use(int n)
12456     {
12457         switch (n) {   // good
12458         case 0:
12459             // ...
12460             break;
12461         case 7:
12462             // ...
12463             break;
12464         default:
12465             // ...
12466             break;
12467         }
12468     }
12470 rather than:
12472     void use2(int n)
12473     {
12474         if (n == 0)   // bad: if-then-else chain comparing against a set of constants
12475             // ...
12476         else if (n == 7)
12477             // ...
12478     }
12480 ##### Enforcement
12482 Flag `if`-`then`-`else` chains that check against constants (only).
12484 ### <a name="Res-for-range"></a>ES.71: Prefer a range-`for`-statement to a `for`-statement when there is a choice
12486 ##### Reason
12488 Readability. Error prevention. Efficiency.
12490 ##### Example
12492     for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i)   // bad
12493             cout << v[i] << '\n';
12495     for (auto p = v.begin(); p != v.end(); ++p)   // bad
12496         cout << *p << '\n';
12498     for (auto& x : v)    // OK
12499         cout << x << '\n';
12501     for (gsl::index i = 1; i < v.size(); ++i) // touches two elements: can't be a range-for
12502         cout << v[i] + v[i - 1] << '\n';
12504     for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i) // possible side effect: can't be a range-for
12505         cout << f(v, &v[i]) << '\n';
12507     for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i) { // body messes with loop variable: can't be a range-for
12508         if (i % 2 == 0)
12509             continue;   // skip even elements
12510         else
12511             cout << v[i] << '\n';
12512     }
12514 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.
12516 "Messing with the loop variable" in the body of a loop is typically best avoided.
12518 ##### Note
12520 Don't use expensive copies of the loop variable of a range-`for` loop:
12522     for (string s : vs) // ...
12524 This will copy each elements of `vs` into `s`. Better:
12526     for (string& s : vs) // ...
12528 Better still, if the loop variable isn't modified or copied:
12530     for (const string& s : vs) // ...
12532 ##### Enforcement
12534 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.
12536 ### <a name="Res-for-while"></a>ES.72: Prefer a `for`-statement to a `while`-statement when there is an obvious loop variable
12538 ##### Reason
12540 Readability: the complete logic of the loop is visible "up front". The scope of the loop variable can be limited.
12542 ##### Example
12544     for (gsl::index i = 0; i < vec.size(); i++) {
12545         // do work
12546     }
12548 ##### Example, bad
12550     int i = 0;
12551     while (i < vec.size()) {
12552         // do work
12553         i++;
12554     }
12556 ##### Enforcement
12560 ### <a name="Res-while-for"></a>ES.73: Prefer a `while`-statement to a `for`-statement when there is no obvious loop variable
12562 ##### Reason
12564 Readability.
12566 ##### Example
12568     int events = 0;
12569     for (; wait_for_event(); ++events) {  // bad, confusing
12570         // ...
12571     }
12573 The "event loop" is misleading because the `events` counter has nothing to do with the loop condition (`wait_for_event()`).
12574 Better
12576     int events = 0;
12577     while (wait_for_event()) {      // better
12578         ++events;
12579         // ...
12580     }
12582 ##### Enforcement
12584 Flag actions in `for`-initializers and `for`-increments that do not relate to the `for`-condition.
12586 ### <a name="Res-for-init"></a>ES.74: Prefer to declare a loop variable in the initializer part of a `for`-statement
12588 ##### Reason
12590 Limit the loop variable visibility to the scope of the loop.
12591 Avoid using the loop variable for other purposes after the loop.
12593 ##### Example
12595     for (int i = 0; i < 100; ++i) {   // GOOD: i var is visible only inside the loop
12596         // ...
12597     }
12599 ##### Example, don't
12601     int j;                            // BAD: j is visible outside the loop
12602     for (j = 0; j < 100; ++j) {
12603         // ...
12604     }
12605     // j is still visible here and isn't needed
12607 **See also**: [Don't use a variable for two unrelated purposes](#Res-recycle)
12609 ##### Example
12611     for (string s; cin >> s; ) {
12612         cout << s << '\n';
12613     }
12615 ##### Enforcement
12617 Warn when a variable modified inside the `for`-statement is declared outside the loop and not being used outside the loop.
12619 **Discussion**: Scoping the loop variable to the loop body also helps code optimizers greatly. Recognizing that the induction variable
12620 is only accessible in the loop body unblocks optimizations such as hoisting, strength reduction, loop-invariant code motion, etc.
12622 ### <a name="Res-do"></a>ES.75: Avoid `do`-statements
12624 ##### Reason
12626 Readability, avoidance of errors.
12627 The termination condition is at the end (where it can be overlooked) and the condition is not checked the first time through.
12629 ##### Example
12631     int x;
12632     do {
12633         cin >> x;
12634         // ...
12635     } while (x < 0);
12637 ##### Note
12639 Yes, there are genuine examples where a `do`-statement is a clear statement of a solution, but also many bugs.
12641 ##### Enforcement
12643 Flag `do`-statements.
12645 ### <a name="Res-goto"></a>ES.76: Avoid `goto`
12647 ##### Reason
12649 Readability, avoidance of errors. There are better control structures for humans; `goto` is for machine generated code.
12651 ##### Exception
12653 Breaking out of a nested loop.
12654 In that case, always jump forwards.
12656     for (int i = 0; i < imax; ++i)
12657         for (int j = 0; j < jmax; ++j) {
12658             if (a[i][j] > elem_max) goto finished;
12659             // ...
12660         }
12661     finished:
12662     // ...
12664 ##### Example, bad
12666 There is a fair amount of use of the C goto-exit idiom:
12668     void f()
12669     {
12670         // ...
12671             goto exit;
12672         // ...
12673             goto exit;
12674         // ...
12675     exit:
12676         // ... common cleanup code ...
12677     }
12679 This is an ad-hoc simulation of destructors.
12680 Declare your resources with handles with destructors that clean up.
12681 If for some reason you cannot handle all cleanup with destructors for the variables used,
12682 consider `gsl::finally()` as a cleaner and more reliable alternative to `goto exit`
12684 ##### Enforcement
12686 * 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.
12688 ### <a name="Res-continue"></a>ES.77: Minimize the use of `break` and `continue` in loops
12690 ##### Reason
12692  In a non-trivial loop body, it is easy to overlook a `break` or a `continue`.
12694  A `break` in a loop has a dramatically different meaning than a `break` in a `switch`-statement
12695  (and you can have `switch`-statement in a loop and a loop in a `switch`-case).
12697 ##### Example
12699     switch(x){
12700     case 1 :
12701         while(/* some condition */){
12702             //...
12703         break;
12704         } //Oops! break switch or break while intended?
12705     case 2 :
12706         //...
12707         break;
12708     }
12710 ##### Alternative
12712 Often, a loop that requires a `break` is a good candidate for a function (algorithm), in which case the `break` becomes a `return`.
12714     //Original code: break inside loop
12715     void use1(){
12716         std::vector<T> vec = {/* initialized with some values */};
12717         T value;
12718         for(const T item : vec){
12719             if(/* some condition*/){
12720                 value = item;
12721                 break;
12722             }
12723         }
12724         /* then do something with value */
12725     }
12726     
12727     //BETTER: create a function and return inside loop
12728     T search(const std::vector<T> &vec){
12729         for(const T &item : vec){
12730             if(/* some condition*/) return item;
12731         }
12732         return T(); //default value
12733     }
12734     
12735     void use2(){
12736         std::vector<T> vec = {/* initialized with some values */};
12737         T value = search(vec);
12738         /* then do something with value */
12739     }
12741 Often, a loop that uses `continue` can equivalently and as clearly be expressed by an `if`-statement.
12743     for(int item : vec){ //BAD
12744         if(item%2 == 0) continue;
12745         if(item == 5) continue;
12746         if(item > 10) continue;
12747         /* do something with item */
12748     }
12749     
12750     for(int item : vec){ //GOOD
12751         if(item%2 != 0 && item != 5 && item <= 10){
12752             /* do something with item */
12753         }
12754     }
12756 ##### Note
12758 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):
12761 ##### Enforcement
12765 ### <a name="Res-break"></a>ES.78: Don't rely on implicit fallthrough in `switch` statements
12767 ##### Reason
12769 Always end a non-empty `case` with a `break`. Accidentally leaving out a `break` is a fairly common bug.
12770 A deliberate fallthrough can be a maintenance hazard and should be rare and explicit.
12772 ##### Example
12774     switch (eventType) {
12775     case Information:
12776         update_status_bar();
12777         break;
12778     case Warning:
12779         write_event_log();
12780         // Bad - implicit fallthrough
12781     case Error:
12782         display_error_window();
12783         break;
12784     }
12786 Multiple case labels of a single statement is OK:
12788     switch (x) {
12789     case 'a':
12790     case 'b':
12791     case 'f':
12792         do_something(x);
12793         break;
12794     }
12796 Return statements in a case label are also OK:
12797     switch (x) {
12798     case 'a':
12799         return 1;
12800     case 'b':
12801         return 2;
12802     case 'c':
12803         return 3;
12804     }
12806 ##### Exceptions
12808 In rare cases if fallthrough is deemed appropriate, be explicit and use the `[[fallthrough]]` annotation:
12810     switch (eventType) {
12811     case Information:
12812         update_status_bar();
12813         break;
12814     case Warning:
12815         write_event_log();
12816         [[fallthrough]];
12817     case Error:
12818         display_error_window();
12819         break;
12820     }
12822 ##### Note
12824 ##### Enforcement
12826 Flag all implicit fallthroughs from non-empty `case`s.
12829 ### <a name="Res-default"></a>ES.79: Use `default` to handle common cases (only)
12831 ##### Reason
12833  Code clarity.
12834  Improved opportunities for error detection.
12836 ##### Example
12838     enum E { a, b, c , d };
12840     void f1(E x)
12841     {
12842         switch (x) {
12843         case a:
12844             do_something();
12845             break;
12846         case b:
12847             do_something_else();
12848             break;
12849         default:
12850             take_the_default_action();
12851             break;
12852         }
12853     }
12855 Here it is clear that there is a default action and that cases `a` and `b` are special.
12857 ##### Example
12859 But what if there is no default action and you mean to handle only specific cases?
12860 In that case, have an empty default or else it is impossible to know if you meant to handle all cases:
12862     void f2(E x)
12863     {
12864         switch (x) {
12865         case a:
12866             do_something();
12867             break;
12868         case b:
12869             do_something_else();
12870             break;
12871         default:
12872             // do nothing for the rest of the cases
12873             break;
12874         }
12875     }
12877 If you leave out the `default`, a maintainer and/or a compiler may reasonably assume that you intended to handle all cases:
12879     void f2(E x)
12880     {
12881         switch (x) {
12882         case a:
12883             do_something();
12884             break;
12885         case b:
12886         case c:
12887             do_something_else();
12888             break;
12889         }
12890     }
12892 Did you forget case `d` or deliberately leave it out?
12893 Forgetting a case typically happens when a case is added to an enumeration and the person doing so fails to add it to every
12894 switch over the enumerators.
12896 ##### Enforcement
12898 Flag `switch`-statements over an enumeration that don't handle all enumerators and do not have a `default`.
12899 This may yield too many false positives in some code bases; if so, flag only `switch`es that handle most but not all cases
12900 (that was the strategy of the very first C++ compiler).
12902 ### <a name="Res-noname"></a>ES.84: Don't try to declare a local variable with no name
12904 ##### Reason
12906 There is no such thing.
12907 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.
12909 ##### Example, bad
12911     void f()
12912     {
12913         lock<mutex>{mx};   // Bad
12914         // ...
12915     }
12917 This declares an unnamed `lock` object that immediately goes out of scope at the point of the semicolon.
12918 This is not an uncommon mistake.
12919 In particular, this particular example can lead to hard-to find race conditions.
12921 ##### Note
12923 Unnamed function arguments are fine.
12925 ##### Enforcement
12927 Flag statements that are just a temporary.
12929 ### <a name="Res-empty"></a>ES.85: Make empty statements visible
12931 ##### Reason
12933 Readability.
12935 ##### Example
12937     for (i = 0; i < max; ++i);   // BAD: the empty statement is easily overlooked
12938     v[i] = f(v[i]);
12940     for (auto x : v) {           // better
12941         // nothing
12942     }
12943     v[i] = f(v[i]);
12945 ##### Enforcement
12947 Flag empty statements that are not blocks and don't contain comments.
12949 ### <a name="Res-loop-counter"></a>ES.86: Avoid modifying loop control variables inside the body of raw for-loops
12951 ##### Reason
12953 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.
12955 ##### Example
12957     for (int i = 0; i < 10; ++i) {
12958         // no updates to i -- ok
12959     }
12961     for (int i = 0; i < 10; ++i) {
12962         //
12963         if (/* something */) ++i; // BAD
12964         //
12965     }
12967     bool skip = false;
12968     for (int i = 0; i < 10; ++i) {
12969         if (skip) { skip = false; continue; }
12970         //
12971         if (/* something */) skip = true;  // Better: using two variables for two concepts.
12972         //
12973     }
12975 ##### Enforcement
12977 Flag variables that are potentially updated (have a non-`const` use) in both the loop control iteration-expression and the loop body.
12980 ### <a name="Res-if"></a>ES.87: Don't add redundant `==` or `!=` to conditions
12982 ##### Reason
12984 Doing so avoids verbosity and eliminates some opportunities for mistakes.
12985 Helps make style consistent and conventional.
12987 ##### Example
12989 By definition, a condition in an `if`-statement, `while`-statement, or a `for`-statement selects between `true` and `false`.
12990 A numeric value is compared to `0` and a pointer value to `nullptr`.
12992     // These all mean "if `p` is not `nullptr`"
12993     if (p) { ... }            // good
12994     if (p != 0) { ... }       // redundant `!=0`; bad: don't use 0 for pointers
12995     if (p != nullptr) { ... } // redundant `!=nullptr`, not recommended
12997 Often, `if (p)` is read as "if `p` is valid" which is a direct expression of the programmers intent,
12998 whereas `if (p != nullptr)` would be a long-winded workaround.
13000 ##### Example
13002 This rule is especially useful when a declaration is used as a condition
13004     if (auto pc = dynamic_cast<Circle>(ps)) { ... } // execute if ps points to a kind of Circle, good
13006     if (auto pc = dynamic_cast<Circle>(ps); pc != nullptr) { ... } // not recommended
13008 ##### Example
13010 Note that implicit conversions to bool are applied in conditions.
13011 For example:
13013     for (string s; cin >> s; ) v.push_back(s);
13015 This invokes `istream`'s `operator bool()`.
13017 ##### Note
13019 Explicit comparison of an integer to `0` is in general not redundant.
13020 The reason is that (as opposed to pointers and Booleans) an integer often has more than two reasonable values.
13021 Furthermore `0` (zero) is often used to indicate success.
13022 Consequently, it is best to be specific about the comparison.
13024     void f(int i)
13025     {
13026         if (i)            // suspect
13027         // ...
13028         if (i == success) // possibly better
13029         // ...
13030     }
13032 Always remember that an integer can have more than two values.
13034 ##### Example, bad
13036 It has been noted that
13038     if(strcmp(p1, p2)) { ... }   // are the two C-style strings equal? (mistake!)
13040 is a common beginners error.
13041 If you use C-style strings, you must know the `<cstring>` functions well.
13042 Being verbose and writing
13044     if(strcmp(p1, p2) != 0) { ... }   // are the two C-style strings equal? (mistake!)
13046 would not in itself save you.
13048 ##### Note
13050 The opposite condition is most easily expressed using a negation:
13052     // These all mean "if `p` is `nullptr`"
13053     if (!p) { ... }           // good
13054     if (p == 0) { ... }       // redundant `== 0`; bad: don't use `0` for pointers
13055     if (p == nullptr) { ... } // redundant `== nullptr`, not recommended
13057 ##### Enforcement
13059 Easy, just check for redundant use of `!=` and `==` in conditions.
13063 ## <a name="SS-numbers"></a>Arithmetic
13065 ### <a name="Res-mix"></a>ES.100: Don't mix signed and unsigned arithmetic
13067 ##### Reason
13069 Avoid wrong results.
13071 ##### Example
13073     int x = -3;
13074     unsigned int y = 7;
13076     cout << x - y << '\n';  // unsigned result, possibly 4294967286
13077     cout << x + y << '\n';  // unsigned result: 4
13078     cout << x * y << '\n';  // unsigned result, possibly 4294967275
13080 It is harder to spot the problem in more realistic examples.
13082 ##### Note
13084 Unfortunately, C++ uses signed integers for array subscripts and the standard library uses unsigned integers for container subscripts.
13085 This precludes consistency. Use `gsl::index` for subscripts; [see ES.107](#Res-subscripts).
13087 ##### Enforcement
13089 * Compilers already know and sometimes warn.
13090 * (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`.
13093 ### <a name="Res-unsigned"></a>ES.101: Use unsigned types for bit manipulation
13095 ##### Reason
13097 Unsigned types support bit manipulation without surprises from sign bits.
13099 ##### Example
13101     unsigned char x = 0b1010'1010;
13102     unsigned char y = ~x;   // y == 0b0101'0101;
13104 ##### Note
13106 Unsigned types can also be useful for modulo arithmetic.
13107 However, if you want modulo arithmetic add
13108 comments as necessary noting the reliance on wraparound behavior, as such code
13109 can be surprising for many programmers.
13111 ##### Enforcement
13113 * Just about impossible in general because of the use of unsigned subscripts in the standard library
13114 * ???
13116 ### <a name="Res-signed"></a>ES.102: Use signed types for arithmetic
13118 ##### Reason
13120 Because most arithmetic is assumed to be signed;
13121 `x - y` yields a negative number when `y > x` except in the rare cases where you really want modulo arithmetic.
13123 ##### Example
13125 Unsigned arithmetic can yield surprising results if you are not expecting it.
13126 This is even more true for mixed signed and unsigned arithmetic.
13128     template<typename T, typename T2>
13129     T subtract(T x, T2 y)
13130     {
13131         return x - y;
13132     }
13134     void test()
13135     {
13136         int s = 5;
13137         unsigned int us = 5;
13138         cout << subtract(s, 7) << '\n';       // -2
13139         cout << subtract(us, 7u) << '\n';     // 4294967294
13140         cout << subtract(s, 7u) << '\n';      // -2
13141         cout << subtract(us, 7) << '\n';      // 4294967294
13142         cout << subtract(s, us + 2) << '\n';  // -2
13143         cout << subtract(us, s + 2) << '\n';  // 4294967294
13144     }
13146 Here we have been very explicit about what's happening,
13147 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`?
13149 ##### Exception
13151 Use unsigned types if you really want modulo arithmetic - add
13152 comments as necessary noting the reliance on overflow behavior, as such code
13153 is going to be surprising for many programmers.
13155 ##### Example
13157 The standard library uses unsigned types for subscripts.
13158 The built-in array uses signed types for subscripts.
13159 This makes surprises (and bugs) inevitable.
13161     int a[10];
13162     for (int i = 0; i < 10; ++i) a[i] = i;
13163     vector<int> v(10);
13164     // compares signed to unsigned; some compilers warn, but we should not
13165     for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i) v[i] = i;
13167     int a2[-2];         // error: negative size
13169     // OK, but the number of ints (4294967294) is so large that we should get an exception
13170     vector<int> v2(-2);
13172  Use `gsl::index` for subscripts; [see ES.107](#Res-subscripts).
13174 ##### Enforcement
13176 * Flag mixed signed and unsigned arithmetic
13177 * Flag results of unsigned arithmetic assigned to or printed as signed.
13178 * Flag negative literals (e.g. `-2`) used as container subscripts.
13179 * (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`.
13182 ### <a name="Res-overflow"></a>ES.103: Don't overflow
13184 ##### Reason
13186 Overflow usually makes your numeric algorithm meaningless.
13187 Incrementing a value beyond a maximum value can lead to memory corruption and undefined behavior.
13189 ##### Example, bad
13191     int a[10];
13192     a[10] = 7;   // bad
13194     int n = 0;
13195     while (n++ < 10)
13196         a[n - 1] = 9; // bad (twice)
13198 ##### Example, bad
13200     int n = numeric_limits<int>::max();
13201     int m = n + 1;   // bad
13203 ##### Example, bad
13205     int area(int h, int w) { return h * w; }
13207     auto a = area(10'000'000, 100'000'000);   // bad
13209 ##### Exception
13211 Use unsigned types if you really want modulo arithmetic.
13213 **Alternative**: For critical applications that can afford some overhead, use a range-checked integer and/or floating-point type.
13215 ##### Enforcement
13219 ### <a name="Res-underflow"></a>ES.104: Don't underflow
13221 ##### Reason
13223 Decrementing a value beyond a minimum value can lead to memory corruption and undefined behavior.
13225 ##### Example, bad
13227     int a[10];
13228     a[-2] = 7;   // bad
13230     int n = 101;
13231     while (n--)
13232         a[n - 1] = 9;   // bad (twice)
13234 ##### Exception
13236 Use unsigned types if you really want modulo arithmetic.
13238 ##### Enforcement
13242 ### <a name="Res-zero"></a>ES.105: Don't divide by zero
13244 ##### Reason
13246 The result is undefined and probably a crash.
13248 ##### Note
13250 This also applies to `%`.
13252 ##### Example, bad
13254     double divide(int a, int b) {
13255         // BAD, should be checked (e.g., in a precondition)
13256         return a / b;
13257     }
13259 ##### Example, good
13261     double divide(int a, int b) {
13262         // good, address via precondition (and replace with contracts once C++ gets them)
13263         Expects(b != 0);
13264         return a / b;
13265     }
13267     double divide(int a, int b) {
13268         // good, address via check
13269         return b ? a / b : quiet_NaN<double>();
13270     }
13272 **Alternative**: For critical applications that can afford some overhead, use a range-checked integer and/or floating-point type.
13274 ##### Enforcement
13276 * Flag division by an integral value that could be zero
13279 ### <a name="Res-nonnegative"></a>ES.106: Don't try to avoid negative values by using `unsigned`
13281 ##### Reason
13283 Choosing `unsigned` implies many changes to the usual behavior of integers, including modulo arithmetic,
13284 can suppress warnings related to overflow,
13285 and opens the door for errors related to signed/unsigned mixes.
13286 Using `unsigned` doesn't actually eliminate the possibility of negative values.
13288 ##### Example
13290     unsigned int u1 = -2;   // Valid: the value of u1 is 4294967294
13291     int i1 = -2;
13292     unsigned int u2 = i1;   // Valid: the value of u2 is 4294967294
13293     int i2 = u2;            // Valid: the value of i2 is -2
13295 These problems with such (perfectly legal) constructs are hard to spot in real code and are the source of many real-world errors.
13296 Consider:
13298     unsigned area(unsigned height, unsigned width) { return height*width; } // [see also](#Ri-expects)
13299     // ...
13300     int height;
13301     cin >> height;
13302     auto a = area(height, 2);   // if the input is -2 a becomes 4294967292
13304 Remember that `-1` when assigned to an `unsigned int` becomes the largest `unsigned int`.
13305 Also, since unsigned arithmetic is modulo arithmetic the multiplication didn't overflow, it wrapped around.
13307 ##### Example
13309     unsigned max = 100000;    // "accidental typo", I mean to say 10'000
13310     unsigned short x = 100;
13311     while (x < max) x += 100; // infinite loop
13313 Had `x` been a signed `short`, we could have warned about the undefined behavior upon overflow.
13315 ##### Alternatives
13317 * use signed integers and check for `x >= 0`
13318 * use a positive integer type
13319 * use an integer subrange type
13320 * `Assert(-1 < x)`
13322 For example
13324     struct Positive {
13325         int val;
13326         Positive(int x) :val{x} { Assert(0 < x); }
13327         operator int() { return val; }
13328     };
13330     int f(Positive arg) { return arg; }
13332     int r1 = f(2);
13333     int r2 = f(-2);  // throws
13335 ##### Note
13339 ##### Enforcement
13341 See ES.100 Enforcements.
13344 ### <a name="Res-subscripts"></a>ES.107: Don't use `unsigned` for subscripts, prefer `gsl::index`
13346 ##### Reason
13348 To avoid signed/unsigned confusion.
13349 To enable better optimization.
13350 To enable better error detection.
13351 To avoid the pitfalls with `auto` and `int`.
13353 ##### Example, bad
13355     vector<int> vec = /*...*/;
13357     for (int i = 0; i < vec.size(); i += 2)                    // may not be big enough
13358         cout << vec[i] << '\n';
13359     for (unsigned i = 0; i < vec.size(); i += 2)               // risk wraparound
13360         cout << vec[i] << '\n';
13361     for (auto i = 0; i < vec.size(); i += 2)                   // may not be big enough
13362         cout << vec[i] << '\n';
13363     for (vector<int>::size_type i = 0; i < vec.size(); i += 2) // verbose
13364         cout << vec[i] << '\n';
13365     for (auto i = vec.size()-1; i >= 0; i -= 2)                // bug
13366         cout << vec[i] << '\n';
13367     for (int i = vec.size()-1; i >= 0; i -= 2)                 // may not be big enough
13368         cout << vec[i] << '\n';
13370 ##### Example, good
13372     vector<int> vec = /*...*/;
13374     for (gsl::index i = 0; i < vec.size(); i += 2)             // ok
13375         cout << vec[i] << '\n';
13376     for (gsl::index i = vec.size()-1; i >= 0; i -= 2)          // ok
13377         cout << vec[i] << '\n';
13379 ##### Note
13381 The built-in array uses signed subscripts.
13382 The standard-library containers use unsigned subscripts.
13383 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).
13384 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`.
13386 ##### Example
13388     template<typename T>
13389     struct My_container {
13390     public:
13391         // ...
13392         T& operator[](gsl::index i);    // not unsigned
13393         // ...
13394     };
13396 ##### Example
13398     ??? demonstrate improved code generation and potential for error detection ???
13400 ##### Alternatives
13402 Alternatives for users
13404 * use algorithms
13405 * use range-for
13406 * use iterators/pointers
13408 ##### Enforcement
13410 * Very tricky as long as the standard-library containers get it wrong.
13411 * (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`.
13416 # <a name="S-performance"></a>Per: Performance
13418 ??? should this section be in the main guide???
13420 This section contains rules for people who need high performance or low-latency.
13421 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.
13422 The rules in this section are more restrictive and intrusive than what is needed for many (most) applications.
13423 Do not blindly try to follow them in general code: achieving the goals of low latency requires extra work.
13425 Performance rule summary:
13427 * [Per.1: Don't optimize without reason](#Rper-reason)
13428 * [Per.2: Don't optimize prematurely](#Rper-Knuth)
13429 * [Per.3: Don't optimize something that's not performance critical](#Rper-critical)
13430 * [Per.4: Don't assume that complicated code is necessarily faster than simple code](#Rper-simple)
13431 * [Per.5: Don't assume that low-level code is necessarily faster than high-level code](#Rper-low)
13432 * [Per.6: Don't make claims about performance without measurements](#Rper-measure)
13433 * [Per.7: Design to enable optimization](#Rper-efficiency)
13434 * [Per.10: Rely on the static type system](#Rper-type)
13435 * [Per.11: Move computation from run time to compile time](#Rper-Comp)
13436 * [Per.12: Eliminate redundant aliases](#Rper-alias)
13437 * [Per.13: Eliminate redundant indirections](#Rper-indirect)
13438 * [Per.14: Minimize the number of allocations and deallocations](#Rper-alloc)
13439 * [Per.15: Do not allocate on a critical branch](#Rper-alloc0)
13440 * [Per.16: Use compact data structures](#Rper-compact)
13441 * [Per.17: Declare the most used member of a time-critical struct first](#Rper-struct)
13442 * [Per.18: Space is time](#Rper-space)
13443 * [Per.19: Access memory predictably](#Rper-access)
13444 * [Per.30: Avoid context switches on the critical path](#Rper-context)
13446 ### <a name="Rper-reason"></a>Per.1: Don't optimize without reason
13448 ##### Reason
13450 If there is no need for optimization, the main result of the effort will be more errors and higher maintenance costs.
13452 ##### Note
13454 Some people optimize out of habit or because it's fun.
13458 ### <a name="Rper-Knuth"></a>Per.2: Don't optimize prematurely
13460 ##### Reason
13462 Elaborately optimized code is usually larger and harder to change than unoptimized code.
13466 ### <a name="Rper-critical"></a>Per.3: Don't optimize something that's not performance critical
13468 ##### Reason
13470 Optimizing a non-performance-critical part of a program has no effect on system performance.
13472 ##### Note
13474 If your program spends most of its time waiting for the web or for a human, optimization of in-memory computation is probably useless.
13476 Put another way: If your program spends 4% of its processing time doing
13477 computation A and 40% of its time doing computation B, a 50% improvement on A is
13478 only as impactful as a 5% improvement on B. (If you don't even know how much
13479 time is spent on A or B, see <a href="#Rper-reason">Per.1</a> and <a
13480 href="#Rper-Knuth">Per.2</a>.)
13482 ### <a name="Rper-simple"></a>Per.4: Don't assume that complicated code is necessarily faster than simple code
13484 ##### Reason
13486 Simple code can be very fast. Optimizers sometimes do marvels with simple code
13488 ##### Example, good
13490     // clear expression of intent, fast execution
13492     vector<uint8_t> v(100000);
13494     for (auto& c : v)
13495         c = ~c;
13497 ##### Example, bad
13499     // intended to be faster, but is often slower
13501     vector<uint8_t> v(100000);
13503     for (size_t i = 0; i < v.size(); i += sizeof(uint64_t))
13504     {
13505         uint64_t& quad_word = *reinterpret_cast<uint64_t*>(&v[i]);
13506         quad_word = ~quad_word;
13507     }
13509 ##### Note
13515 ### <a name="Rper-low"></a>Per.5: Don't assume that low-level code is necessarily faster than high-level code
13517 ##### Reason
13519 Low-level code sometimes inhibits optimizations. Optimizers sometimes do marvels with high-level code.
13521 ##### Note
13527 ### <a name="Rper-measure"></a>Per.6: Don't make claims about performance without measurements
13529 ##### Reason
13531 The field of performance is littered with myth and bogus folklore.
13532 Modern hardware and optimizers defy naive assumptions; even experts are regularly surprised.
13534 ##### Note
13536 Getting good performance measurements can be hard and require specialized tools.
13538 ##### Note
13540 A few simple microbenchmarks using Unix `time` or the standard-library `<chrono>` can help dispel the most obvious myths.
13541 If you can't measure your complete system accurately, at least try to measure a few of your key operations and algorithms.
13542 A profiler can help tell you which parts of your system are performance critical.
13543 Often, you will be surprised.
13547 ### <a name="Rper-efficiency"></a>Per.7: Design to enable optimization
13549 ##### Reason
13551 Because we often need to optimize the initial design.
13552 Because a design that ignores the possibility of later improvement is hard to change.
13554 ##### Example
13556 From the C (and C++) standard:
13558     void qsort (void* base, size_t num, size_t size, int (*compar)(const void*, const void*));
13560 When did you even want to sort memory?
13561 Really, we sort sequences of elements, typically stored in containers.
13562 A call to `qsort` throws away much useful information (e.g., the element type), forces the user to repeat information
13563 already known (e.g., the element size), and forces the user to write extra code (e.g., a function to compare `double`s).
13564 This implies added work for the programmer, is error-prone, and deprives the compiler of information needed for optimization.
13566     double data[100];
13567     // ... fill a ...
13569     // 100 chunks of memory of sizeof(double) starting at
13570     // address data using the order defined by compare_doubles
13571     qsort(data, 100, sizeof(double), compare_doubles);
13573 From the point of view of interface design is that `qsort` throws away useful information.
13575 We can do better (in C++98)
13577     template<typename Iter>
13578         void sort(Iter b, Iter e);  // sort [b:e)
13580     sort(data, data + 100);
13582 Here, we use the compiler's knowledge about the size of the array, the type of elements, and how to compare `double`s.
13584 With C++11 plus [concepts](#SS-concepts), we can do better still
13586     // Sortable specifies that c must be a
13587     // random-access sequence of elements comparable with <
13588     void sort(Sortable& c);
13590     sort(c);
13592 The key is to pass sufficient information for a good implementation to be chosen.
13593 In this, the `sort` interfaces shown here still have a weakness:
13594 They implicitly rely on the element type having less-than (`<`) defined.
13595 To complete the interface, we need a second version that accepts a comparison criteria:
13597     // compare elements of c using p
13598     void sort(Sortable& c, Predicate<Value_type<Sortable>> p);
13600 The standard-library specification of `sort` offers those two versions,
13601 but the semantics is expressed in English rather than code using concepts.
13603 ##### Note
13605 Premature optimization is said to be [the root of all evil](#Rper-Knuth), but that's not a reason to despise performance.
13606 It is never premature to consider what makes a design amenable to improvement, and improved performance is a commonly desired improvement.
13607 Aim to build a set of habits that by default results in efficient, maintainable, and optimizable code.
13608 In particular, when you write a function that is not a one-off implementation detail, consider
13610 * Information passing:
13611 Prefer clean [interfaces](#S-interfaces) carrying sufficient information for later improvement of implementation.
13612 Note that information flows into and out of an implementation through the interfaces we provide.
13613 * Compact data: By default, [use compact data](#Rper-compact), such as `std::vector` and [access it in a systematic fashion](#Rper-access).
13614 If you think you need a linked structure, try to craft the interface so that this structure isn't seen by users.
13615 * Function argument passing and return:
13616 Distinguish between mutable and non-mutable data.
13617 Don't impose a resource management burden on your users.
13618 Don't impose spurious run-time indirections on your users.
13619 Use [conventional ways](#Rf-conventional) of passing information through an interface;
13620 unconventional and/or "optimized" ways of passing data can seriously complicate later reimplementation.
13621 * Abstraction:
13622 Don't overgeneralize; a design that tries to cater for every possible use (and misuse) and defers every design decision for later
13623 (using compile-time or run-time indirections) is usually a complicated, bloated, hard-to-understand mess.
13624 Generalize from concrete examples, preserving performance as we generalize.
13625 Do not generalize based on mere speculation about future needs.
13626 The ideal is zero-overhead generalization.
13627 * Libraries:
13628 Use libraries with good interfaces.
13629 If no library is available build one yourself and imitate the interface style from a good library.
13630 The [standard library](#S-stdlib) is a good first place to look for inspiration.
13631 * Isolation:
13632 Isolate your code from messy and/or old-style code by providing an interface of your choosing to it.
13633 This is sometimes called "providing a wrapper" for the useful/necessary but messy code.
13634 Don't let bad designs "bleed into" your code.
13636 ##### Example
13638 Consider:
13640     template <class ForwardIterator, class T>
13641     bool binary_search(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);
13643 `binary_search(begin(c), end(c), 7)` will tell you whether `7` is in `c` or not.
13644 However, it will not tell you where that `7` is or whether there are more than one `7`.
13646 Sometimes, just passing the minimal amount of information back (here, `true` or `false`) is sufficient, but a good interface passes
13647 needed information back to the caller. Therefore, the standard library also offers
13649     template <class ForwardIterator, class T>
13650     ForwardIterator lower_bound(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);
13652 `lower_bound` returns an iterator to the first match if any, otherwise to the first element greater than `val`, or `last` if no such element is found.
13654 However, `lower_bound` still doesn't return enough information for all uses, so the standard library also offers
13656     template <class ForwardIterator, class T>
13657     pair<ForwardIterator, ForwardIterator>
13658     equal_range(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);
13660 `equal_range` returns a `pair` of iterators specifying the first and one beyond last match.
13662     auto r = equal_range(begin(c), end(c), 7);
13663     for (auto p = r.first; p != r.second; ++p)
13664         cout << *p << '\n';
13666 Obviously, these three interfaces are implemented by the same basic code.
13667 They are simply three ways of presenting the basic binary search algorithm to users,
13668 ranging from the simplest ("make simple things simple!")
13669 to returning complete, but not always needed, information ("don't hide useful information").
13670 Naturally, crafting such a set of interfaces requires experience and domain knowledge.
13672 ##### Note
13674 Do not simply craft the interface to match the first implementation and the first use case you think of.
13675 Once your first initial implementation is complete, review it; once you deploy it, mistakes will be hard to remedy.
13677 ##### Note
13679 A need for efficiency does not imply a need for [low-level code](#Rper-low).
13680 High-level code does not imply slow or bloated.
13682 ##### Note
13684 Things have costs.
13685 Don't be paranoid about costs (modern computers really are very fast),
13686 but have a rough idea of the order of magnitude of cost of what you use.
13687 For example, have a rough idea of the cost of
13688 a memory access,
13689 a function call,
13690 a string comparison,
13691 a system call,
13692 a disk access,
13693 and a message through a network.
13695 ##### Note
13697 If you can only think of one implementation, you probably don't have something for which you can devise a stable interface.
13698 Maybe, it is just an implementation detail - not every piece of code needs a stable interface - but pause and consider.
13699 One question that can be useful is
13700 "what interface would be needed if this operation should be implemented using multiple threads? be vectorized?"
13702 ##### Note
13704 This rule does not contradict the [Don't optimize prematurely](#Rper-Knuth) rule.
13705 It complements it encouraging developers enable later - appropriate and non-premature - optimization, if and where needed.
13707 ##### Enforcement
13709 Tricky.
13710 Maybe looking for `void*` function arguments will find examples of interfaces that hinder later optimization.
13712 ### <a name="Rper-type"></a>Per.10: Rely on the static type system
13714 ##### Reason
13716 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.
13720 ### <a name="Rper-Comp"></a>Per.11: Move computation from run time to compile time
13722 ##### Reason
13724 To decrease code size and run time.
13725 To avoid data races by using constants.
13726 To catch errors at compile time (and thus eliminate the need for error-handling code).
13728 ##### Example
13730     double square(double d) { return d*d; }
13731     static double s2 = square(2);    // old-style: dynamic initialization
13733     constexpr double ntimes(double d, int n)   // assume 0 <= n
13734     {
13735             double m = 1;
13736             while (n--) m *= d;
13737             return m;
13738     }
13739     constexpr double s3 {ntimes(2, 3)};  // modern-style: compile-time initialization
13741 Code like the initialization of `s2` isn't uncommon, especially for initialization that's a bit more complicated than `square()`.
13742 However, compared to the initialization of `s3` there are two problems:
13744 * we suffer the overhead of a function call at run time
13745 * `s2` just might be accessed by another thread before the initialization happens.
13747 Note: you can't have a data race on a constant.
13749 ##### Example
13751 Consider a popular technique for providing a handle for storing small objects in the handle itself and larger ones on the heap.
13753     constexpr int on_stack_max = 20;
13755     template<typename T>
13756     struct Scoped {     // store a T in Scoped
13757             // ...
13758         T obj;
13759     };
13761     template<typename T>
13762     struct On_heap {    // store a T on the free store
13763             // ...
13764             T* objp;
13765     };
13767     template<typename T>
13768     using Handle = typename std::conditional<(sizeof(T) <= on_stack_max),
13769                         Scoped<T>,      // first alternative
13770                         On_heap<T>      // second alternative
13771                    >::type;
13773     void f()
13774     {
13775         Handle<double> v1;                   // the double goes on the stack
13776         Handle<std::array<double, 200>> v2;  // the array goes on the free store
13777         // ...
13778     }
13780 Assume that `Scoped` and `On_heap` provide compatible user interfaces.
13781 Here we compute the optimal type to use at compile time.
13782 There are similar techniques for selecting the optimal function to call.
13784 ##### Note
13786 The ideal is {not} to try execute everything at compile time.
13787 Obviously, most computations depend on inputs so they can't be moved to compile time,
13788 but beyond that logical constraint is the fact that complex compile-time computation can seriously increase compile times
13789 and complicate debugging.
13790 It is even possible to slow down code by compile-time computation.
13791 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.
13793 ##### Enforcement
13795 * Look for simple functions that might be constexpr (but are not).
13796 * Look for functions called with all constant-expression arguments.
13797 * Look for macros that could be constexpr.
13799 ### <a name="Rper-alias"></a>Per.12: Eliminate redundant aliases
13803 ### <a name="Rper-indirect"></a>Per.13: Eliminate redundant indirections
13807 ### <a name="Rper-alloc"></a>Per.14: Minimize the number of allocations and deallocations
13811 ### <a name="Rper-alloc0"></a>Per.15: Do not allocate on a critical branch
13815 ### <a name="Rper-compact"></a>Per.16: Use compact data structures
13817 ##### Reason
13819 Performance is typically dominated by memory access times.
13823 ### <a name="Rper-struct"></a>Per.17: Declare the most used member of a time-critical struct first
13827 ### <a name="Rper-space"></a>Per.18: Space is time
13829 ##### Reason
13831 Performance is typically dominated by memory access times.
13835 ### <a name="Rper-access"></a>Per.19: Access memory predictably
13837 ##### Reason
13839 Performance is very sensitive to cache performance and cache algorithms favor simple (usually linear) access to adjacent data.
13841 ##### Example
13843     int matrix[rows][cols];
13845     // bad
13846     for (int c = 0; c < cols; ++c)
13847         for (int r = 0; r < rows; ++r)
13848             sum += matrix[r][c];
13850     // good
13851     for (int r = 0; r < rows; ++r)
13852         for (int c = 0; c < cols; ++c)
13853             sum += matrix[r][c];
13855 ### <a name="Rper-context"></a>Per.30: Avoid context switches on the critical path
13859 # <a name="S-concurrency"></a>CP: Concurrency and parallelism
13861 We often want our computers to do many tasks at the same time (or at least appear to do them at the same time).
13862 The reasons for doing so vary (e.g., waiting for many events using only a single processor, processing many data streams simultaneously, or utilizing many hardware facilities)
13863 and so do the basic facilities for expressing concurrency and parallelism.
13864 Here, we articulate principles and rules for using the ISO standard C++ facilities for expressing basic concurrency and parallelism.
13866 Threads are the machine-level foundation for concurrent and parallel programming.
13867 Threads allow running multiple sections of a program independently, while sharing
13868 the same memory. Concurrent programming is tricky,
13869 because protecting shared data between threads is easier said than done.
13870 Making existing single-threaded code execute concurrently can be
13871 as trivial as adding `std::async` or `std::thread` strategically, or it can
13872 necessitate a full rewrite, depending on whether the original code was written
13873 in a thread-friendly way.
13875 The concurrency/parallelism rules in this document are designed with three goals
13876 in mind:
13878 * To help in writing code that is amenable to being used in a threaded
13879   environment
13880 * To show clean, safe ways to use the threading primitives offered by the
13881   standard library
13882 * To offer guidance on what to do when concurrency and parallelism aren't giving
13883   the performance gains needed
13885 It is also important to note that concurrency in C++ is an unfinished
13886 story. C++11 introduced many core concurrency primitives, C++14 and C++17 improved on
13887 them, and there is much interest in making the writing of
13888 concurrent programs in C++ even easier. We expect some of the library-related
13889 guidance here to change significantly over time.
13891 This section needs a lot of work (obviously).
13892 Please note that we start with rules for relative non-experts.
13893 Real experts must wait a bit;
13894 contributions are welcome,
13895 but please think about the majority of programmers who are struggling to get their concurrent programs correct and performant.
13897 Concurrency and parallelism rule summary:
13899 * [CP.1: Assume that your code will run as part of a multi-threaded program](#Rconc-multi)
13900 * [CP.2: Avoid data races](#Rconc-races)
13901 * [CP.3: Minimize explicit sharing of writable data](#Rconc-data)
13902 * [CP.4: Think in terms of tasks, rather than threads](#Rconc-task)
13903 * [CP.8: Don't try to use `volatile` for synchronization](#Rconc-volatile)
13904 * [CP.9: Whenever feasible use tools to validate your concurrent code](#Rconc-tools)
13906 **See also**:
13908 * [CP.con: Concurrency](#SScp-con)
13909 * [CP.par: Parallelism](#SScp-par)
13910 * [CP.mess: Message passing](#SScp-mess)
13911 * [CP.vec: Vectorization](#SScp-vec)
13912 * [CP.free: Lock-free programming](#SScp-free)
13913 * [CP.etc: Etc. concurrency rules](#SScp-etc)
13915 ### <a name="Rconc-multi"></a>CP.1: Assume that your code will run as part of a multi-threaded program
13917 ##### Reason
13919 It's hard to be certain that concurrency isn't used now or won't be used sometime in the future.
13920 Code gets reused.
13921 Libraries not using threads may be used from some other part of a program that does use threads.
13922 Note that this rule applies most urgently to library code and least urgently to stand-alone applications.
13923 However, over time, code fragments can turn up in unexpected places.
13925 ##### Example, bad
13927     double cached_computation(double x)
13928     {
13929         // bad: these two statics cause data races in multi-threaded usage
13930         static double cached_x = 0.0;
13931         static double cached_result = COMPUTATION_OF_ZERO;
13932         double result;
13934         if (cached_x == x)
13935             return cached_result;
13936         result = computation(x);
13937         cached_x = x;
13938         cached_result = result;
13939         return result;
13940     }
13942 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.
13944 There are several ways that this example could be made safe for a multi-threaded environment:
13946 * Delegate concurrency concerns upwards to the caller.
13947 * Mark the `static` variables as `thread_local` (which might make caching less effective).
13948 * Implement concurrency control, for example, protecting the two `static` variables with a `static` lock (which might reduce performance).
13949 * Have the caller provide the memory to be used for the cache, thereby delegating both memory allocation and concurrency concerns upwards to the caller.
13950 * Refuse to build and/or run in a multi-threaded environment.
13951 * Provide two implementations, one which is used in single-threaded environments and another which is used in multi-threaded environments.
13953 ##### Exception
13955 Code that is never run in a multi-threaded environment.
13957 Be careful: there are many examples where code that was "known" to never run in a multi-threaded program
13958 was run as part of a multi-threaded program, often years later.
13959 Typically, such programs lead to a painful effort to remove data races.
13960 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.
13962 ### <a name="Rconc-races"></a>CP.2: Avoid data races
13964 ##### Reason
13966 Unless you do, nothing is guaranteed to work and subtle errors will persist.
13968 ##### Note
13970 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.
13971 For further information of how to use synchronization well to eliminate data races, please consult a good book about concurrency.
13973 ##### Example, bad
13975 There are many examples of data races that exist, some of which are running in
13976 production software at this very moment. One very simple example:
13978     int get_id() {
13979       static int id = 1;
13980       return id++;
13981     }
13983 The increment here is an example of a data race. This can go wrong in many ways,
13984 including:
13986 * Thread A loads the value of `id`, the OS context switches A out for some
13987   period, during which other threads create hundreds of IDs. Thread A is then
13988   allowed to run again, and `id` is written back to that location as A's read of
13989   `id` plus one.
13990 * Thread A and B load `id` and increment it simultaneously.  They both get the
13991   same ID.
13993 Local static variables are a common source of data races.
13995 ##### Example, bad:
13997     void f(fstream&  fs, regex pattern)
13998     {
13999         array<double, max> buf;
14000         int sz = read_vec(fs, buf, max);            // read from fs into buf
14001         gsl::span<double> s {buf};
14002         // ...
14003         auto h1 = async([&]{ sort(std::execution::par, s); });     // spawn a task to sort
14004         // ...
14005         auto h2 = async([&]{ return find_all(buf, sz, pattern); });   // spawn a task to find matches
14006         // ...
14007     }
14009 Here, we have a (nasty) data race on the elements of `buf` (`sort` will both read and write).
14010 All data races are nasty.
14011 Here, we managed to get a data race on data on the stack.
14012 Not all data races are as easy to spot as this one.
14014 ##### Example, bad:
14016     // code not controlled by a lock
14018     unsigned val;
14020     if (val < 5) {
14021         // ... other thread can change val here ...
14022         switch (val) {
14023         case 0: // ...
14024         case 1: // ...
14025         case 2: // ...
14026         case 3: // ...
14027         case 4: // ...
14028         }
14029     }
14031 Now, a compiler that does not know that `val` can change will  most likely implement that `switch` using a jump table with five entries.
14032 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.
14033 Really, "all bets are off" if you get a data race.
14034 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;
14035 this can be a security risk.
14037 ##### Enforcement
14039 Some is possible, do at least something.
14040 There are commercial and open-source tools that try to address this problem,
14041 but be aware that solutions have costs and blind spots.
14042 Static tools often have many false positives and run-time tools often have a significant cost.
14043 We hope for better tools.
14044 Using multiple tools can catch more problems than a single one.
14046 There are other ways you can mitigate the chance of data races:
14048 * Avoid global data
14049 * Avoid `static` variables
14050 * More use of value types on the stack (and don't pass pointers around too much)
14051 * More use of immutable data (literals, `constexpr`, and `const`)
14053 ### <a name="Rconc-data"></a>CP.3: Minimize explicit sharing of writable data
14055 ##### Reason
14057 If you don't share writable data, you can't have a data race.
14058 The less sharing you do, the less chance you have to forget to synchronize access (and get data races).
14059 The less sharing you do, the less chance you have to wait on a lock (so performance can improve).
14061 ##### Example
14063     bool validate(const vector<Reading>&);
14064     Graph<Temp_node> temperature_gradiants(const vector<Reading>&);
14065     Image altitude_map(const vector<Reading>&);
14066     // ...
14068     void process_readings(const vector<Reading>& surface_readings)
14069     {
14070         auto h1 = async([&] { if (!validate(surface_readings)) throw Invalid_data{}; });
14071         auto h2 = async([&] { return temperature_gradiants(surface_readings); });
14072         auto h3 = async([&] { return altitude_map(surface_readings); });
14073         // ...
14074         h1.get();
14075         auto v2 = h2.get();
14076         auto v3 = h3.get();
14077         // ...
14078     }
14080 Without those `const`s, we would have to review every asynchronously invoked function for potential data races on `surface_readings`.
14081 Making `surface_readings` be `const` (with respect to this function) allow reasoning using only the function body.
14083 ##### Note
14085 Immutable data can be safely and efficiently shared.
14086 No locking is needed: You can't have a data race on a constant.
14087 See also [CP.mess: Message Passing](#SScp-mess) and [CP.31: prefer pass by value](#Rconc-data-by-value).
14089 ##### Enforcement
14094 ### <a name="Rconc-task"></a>CP.4: Think in terms of tasks, rather than threads
14096 ##### Reason
14098 A `thread` is an implementation concept, a way of thinking about the machine.
14099 A task is an application notion, something you'd like to do, preferably concurrently with other tasks.
14100 Application concepts are easier to reason about.
14102 ##### Example
14104     void some_fun() {
14105         std::string msg, msg2;
14106         std::thread publisher([&] { msg = "Hello"; });       // bad: less expressive
14107                                                              //      and more error-prone
14108         auto pubtask = std::async([&] { msg2 = "Hello"; });  // OK
14109         // ...
14110         publisher.join();
14111     }
14113 ##### Note
14115 With the exception of `async()`, the standard-library facilities are low-level, machine-oriented, threads-and-lock level.
14116 This is a necessary foundation, but we have to try to raise the level of abstraction: for productivity, for reliability, and for performance.
14117 This is a potent argument for using higher level, more applications-oriented libraries (if possibly, built on top of standard-library facilities).
14119 ##### Enforcement
14123 ### <a name="Rconc-volatile"></a>CP.8: Don't try to use `volatile` for synchronization
14125 ##### Reason
14127 In C++, unlike some other languages, `volatile` does not provide atomicity, does not synchronize between threads,
14128 and does not prevent instruction reordering (neither compiler nor hardware).
14129 It simply has nothing to do with concurrency.
14131 ##### Example, bad:
14133     int free_slots = max_slots; // current source of memory for objects
14135     Pool* use()
14136     {
14137         if (int n = free_slots--) return &pool[n];
14138     }
14140 Here we have a problem:
14141 This is perfectly good code in a single-threaded program, but have two threads execute this and
14142 there is a race condition on `free_slots` so that two threads might get the same value and `free_slots`.
14143 That's (obviously) a bad data race, so people trained in other languages may try to fix it like this:
14145     volatile int free_slots = max_slots; // current source of memory for objects
14147     Pool* use()
14148     {
14149         if (int n = free_slots--) return &pool[n];
14150     }
14152 This has no effect on synchronization: The data race is still there!
14154 The C++ mechanism for this is `atomic` types:
14156     atomic<int> free_slots = max_slots; // current source of memory for objects
14158     Pool* use()
14159     {
14160         if (int n = free_slots--) return &pool[n];
14161     }
14163 Now the `--` operation is atomic,
14164 rather than a read-increment-write sequence where another thread might get in-between the individual operations.
14166 ##### Alternative
14168 Use `atomic` types where you might have used `volatile` in some other language.
14169 Use a `mutex` for more complicated examples.
14171 ##### See also
14173 [(rare) proper uses of `volatile`](#Rconc-volatile2)
14175 ### <a name="Rconc-tools"></a>CP.9: Whenever feasible use tools to validate your concurrent code
14177 Experience shows that concurrent code is exceptionally hard to get right
14178 and that compile-time checking, run-time checks, and testing are less effective at finding concurrency errors
14179 than they are at finding errors in sequential code.
14180 Subtle concurrency errors can have dramatically bad effects, including memory corruption and deadlocks.
14182 ##### Example
14184     ???
14186 ##### Note
14188 Thread safety is challenging, often getting the better of experienced programmers: tooling is an important strategy to mitigate those risks.
14189 There are many tools "out there", both commercial and open-source tools, both research and production tools.
14190 Unfortunately people's needs and constraints differ so dramatically that we cannot make specific recommendations,
14191 but we can mention:
14193 * Static enforcement tools: both [clang](http://clang.llvm.org/docs/ThreadSafetyAnalysis.html)
14194 and some older versions of [GCC](https://gcc.gnu.org/wiki/ThreadSafetyAnnotation)
14195 have some support for static annotation of thread safety properties.
14196 Consistent use of this technique turns many classes of thread-safety errors into compile-time errors.
14197 The annotations are generally local (marking a particular member variable as guarded by a particular mutex),
14198 and are usually easy to learn. However, as with many static tools, it can often present false negatives;
14199 cases that should have been caught but were allowed.
14201 * dynamic enforcement tools: Clang's [Thread Sanitizer](http://clang.llvm.org/docs/ThreadSanitizer.html) (aka TSAN)
14202 is a powerful example of dynamic tools: it changes the build and execution of your program to add bookkeeping on memory access,
14203 absolutely identifying data races in a given execution of your binary.
14204 The cost for this is both memory (5-10x in most cases) and CPU slowdown (2-20x).
14205 Dynamic tools like this are best when applied to integration tests, canary pushes, or unittests that operate on multiple threads.
14206 Workload matters: When TSAN identifies a problem, it is effectively always an actual data race,
14207 but it can only identify races seen in a given execution.
14209 ##### Enforcement
14211 It is up to an application builder to choose which support tools are valuable for a particular applications.
14213 ## <a name="SScp-con"></a>CP.con: Concurrency
14215 This section focuses on relatively ad-hoc uses of multiple threads communicating through shared data.
14217 * For parallel algorithms, see [parallelism](#SScp-par)
14218 * For inter-task communication without explicit sharing, see [messaging](#SScp-mess)
14219 * For vector parallel code, see [vectorization](#SScp-vec)
14220 * For lock-free programming, see [lock free](#SScp-free)
14222 Concurrency rule summary:
14224 * [CP.20: Use RAII, never plain `lock()`/`unlock()`](#Rconc-raii)
14225 * [CP.21: Use `std::lock()` or `std::scoped_lock` to acquire multiple `mutex`es](#Rconc-lock)
14226 * [CP.22: Never call unknown code while holding a lock (e.g., a callback)](#Rconc-unknown)
14227 * [CP.23: Think of a joining `thread` as a scoped container](#Rconc-join)
14228 * [CP.24: Think of a `thread` as a global container](#Rconc-detach)
14229 * [CP.25: Prefer `gsl::joining_thread` over `std::thread`](#Rconc-joining_thread)
14230 * [CP.26: Don't `detach()` a thread](#Rconc-detached_thread)
14231 * [CP.31: Pass small amounts of data between threads by value, rather than by reference or pointer](#Rconc-data-by-value)
14232 * [CP.32: To share ownership between unrelated `thread`s use `shared_ptr`](#Rconc-shared)
14233 * [CP.40: Minimize context switching](#Rconc-switch)
14234 * [CP.41: Minimize thread creation and destruction](#Rconc-create)
14235 * [CP.42: Don't `wait` without a condition](#Rconc-wait)
14236 * [CP.43: Minimize time spent in a critical section](#Rconc-time)
14237 * [CP.44: Remember to name your `lock_guard`s and `unique_lock`s](#Rconc-name)
14238 * [CP.50: Define a `mutex` together with the data it guards. Use `synchronized_value<T>` where possible](#Rconc-mutex)
14239 * ??? when to use a spinlock
14240 * ??? when to use `try_lock()`
14241 * ??? when to prefer `lock_guard` over `unique_lock`
14242 * ??? Time multiplexing
14243 * ??? when/how to use `new thread`
14245 ### <a name="Rconc-raii"></a>CP.20: Use RAII, never plain `lock()`/`unlock()`
14247 ##### Reason
14249 Avoids nasty errors from unreleased locks.
14251 ##### Example, bad
14253     mutex mtx;
14255     void do_stuff()
14256     {
14257         mtx.lock();
14258         // ... do stuff ...
14259         mtx.unlock();
14260     }
14262 Sooner or later, someone will forget the `mtx.unlock()`, place a `return` in the `... do stuff ...`, throw an exception, or something.
14264     mutex mtx;
14266     void do_stuff()
14267     {
14268         unique_lock<mutex> lck {mtx};
14269         // ... do stuff ...
14270     }
14272 ##### Enforcement
14274 Flag calls of member `lock()` and `unlock()`.  ???
14277 ### <a name="Rconc-lock"></a>CP.21: Use `std::lock()` or `std::scoped_lock` to acquire multiple `mutex`es
14279 ##### Reason
14281 To avoid deadlocks on multiple `mutex`es.
14283 ##### Example
14285 This is asking for deadlock:
14287     // thread 1
14288     lock_guard<mutex> lck1(m1);
14289     lock_guard<mutex> lck2(m2);
14291     // thread 2
14292     lock_guard<mutex> lck2(m2);
14293     lock_guard<mutex> lck1(m1);
14295 Instead, use `lock()`:
14297     // thread 1
14298     lock(m1, m2);
14299     lock_guard<mutex> lck1(m1, adopt_lock);
14300     lock_guard<mutex> lck2(m2, adopt_lock);
14302     // thread 2
14303     lock(m2, m1);
14304     lock_guard<mutex> lck2(m2, adopt_lock);
14305     lock_guard<mutex> lck1(m1, adopt_lock);
14307 or (better, but C++17 only):
14309     // thread 1
14310     scoped_lock<mutex, mutex> lck1(m1, m2);
14312     // thread 2
14313     scoped_lock<mutex, mutex> lck2(m2, m1);
14315 Here, the writers of `thread1` and `thread2` are still not agreeing on the order of the `mutex`es, but order no longer matters.
14317 ##### Note
14319 In real code, `mutex`es are rarely named to conveniently remind the programmer of an intended relation and intended order of acquisition.
14320 In real code, `mutex`es are not always conveniently acquired on consecutive lines.
14322 In C++17 it's possible to write plain
14324     lock_guard lck1(m1, adopt_lock);
14326 and have the `mutex` type deduced.
14328 ##### Enforcement
14330 Detect the acquisition of multiple `mutex`es.
14331 This is undecidable in general, but catching common simple examples (like the one above) is easy.
14334 ### <a name="Rconc-unknown"></a>CP.22: Never call unknown code while holding a lock (e.g., a callback)
14336 ##### Reason
14338 If you don't know what a piece of code does, you are risking deadlock.
14340 ##### Example
14342     void do_this(Foo* p)
14343     {
14344         lock_guard<mutex> lck {my_mutex};
14345         // ... do something ...
14346         p->act(my_data);
14347         // ...
14348     }
14350 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),
14351 it may call `do_this` (recursively) and cause a deadlock on `my_mutex`.
14352 Maybe it will lock on a different mutex and not return in a reasonable time, causing delays to any code calling `do_this`.
14354 ##### Example
14356 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.
14357 Such problem can often be solved by using a `recursive_mutex`. For example:
14359     recursive_mutex my_mutex;
14361     template<typename Action>
14362     void do_something(Action f)
14363     {
14364         unique_lock<recursive_mutex> lck {my_mutex};
14365         // ... do something ...
14366         f(this);    // f will do something to *this
14367         // ...
14368     }
14370 If, as it is likely, `f()` invokes operations on `*this`, we must make sure that the object's invariant holds before the call.
14372 ##### Enforcement
14374 * Flag calling a virtual function with a non-recursive `mutex` held
14375 * Flag calling a callback with a non-recursive `mutex` held
14378 ### <a name="Rconc-join"></a>CP.23: Think of a joining `thread` as a scoped container
14380 ##### Reason
14382 To maintain pointer safety and avoid leaks, we need to consider what pointers are used by a `thread`.
14383 If a `thread` joins, we can safely pass pointers to objects in the scope of the `thread` and its enclosing scopes.
14385 ##### Example
14387     void f(int* p)
14388     {
14389         // ...
14390         *p = 99;
14391         // ...
14392     }
14393     int glob = 33;
14395     void some_fct(int* p)
14396     {
14397         int x = 77;
14398         joining_thread t0(f, &x);           // OK
14399         joining_thread t1(f, p);            // OK
14400         joining_thread t2(f, &glob);        // OK
14401         auto q = make_unique<int>(99);
14402         joining_thread t3(f, q.get());      // OK
14403         // ...
14404     }
14406 A `gsl::joining_thread` is a `std::thread` with a destructor that joins and that cannot be `detached()`.
14407 By "OK" we mean that the object will be in scope ("live") for as long as a `thread` can use the pointer to it.
14408 The fact that `thread`s run concurrently doesn't affect the lifetime or ownership issues here;
14409 these `thread`s can be seen as just a function object called from `some_fct`.
14411 ##### Enforcement
14413 Ensure that `joining_thread`s don't `detach()`.
14414 After that, the usual lifetime and ownership (for local objects) enforcement applies.
14416 ### <a name="Rconc-detach"></a>CP.24: Think of a `thread` as a global container
14418 ##### Reason
14420 To maintain pointer safety and avoid leaks, we need to consider what pointers are used by a `thread`.
14421 If a `thread` is detached, we can safely pass pointers to static and free store objects (only).
14423 ##### Example
14425     void f(int* p)
14426     {
14427         // ...
14428         *p = 99;
14429         // ...
14430     }
14432     int glob = 33;
14434     void some_fct(int* p)
14435     {
14436         int x = 77;
14437         std::thread t0(f, &x);           // bad
14438         std::thread t1(f, p);            // bad
14439         std::thread t2(f, &glob);        // OK
14440         auto q = make_unique<int>(99);
14441         std::thread t3(f, q.get());      // bad
14442         // ...
14443         t0.detach();
14444         t1.detach();
14445         t2.detach();
14446         t3.detach();
14447         // ...
14448     }
14450 By "OK" we mean that the object will be in scope ("live") for as long as a `thread` can use the pointers to it.
14451 By "bad" we mean that a `thread` may use a pointer after the pointed-to object is destroyed.
14452 The fact that `thread`s run concurrently doesn't affect the lifetime or ownership issues here;
14453 these `thread`s can be seen as just a function object called from `some_fct`.
14455 ##### Note
14457 Even objects with static storage duration can be problematic if used from detached threads: if the
14458 thread continues until the end of the program, it might be running concurrently with the destruction
14459 of objects with static storage duration, and thus accesses to such objects might race.
14461 ##### Note
14463 This rule is redundant if you [don't `detach()`](#Rconc-detached_thread) and [use `gsl::joining_thread`](#Rconc-joining_thread).
14464 However, converting code to follow those guidelines could be difficult and even impossible for third-party libraries.
14465 In such cases, the rule becomes essential for lifetime safety and type safety.
14468 In general, it is undecidable whether a `detach()` is executed for a `thread`, but simple common cases are easily detected.
14469 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;
14470 After that, the usual lifetime and ownership (for global objects) enforcement applies.
14472 ##### Enforcement
14474 Flag attempts to pass local variables to a thread that might `detach()`.
14476 ### <a name="Rconc-joining_thread"></a>CP.25: Prefer `gsl::joining_thread` over `std::thread`
14478 ##### Reason
14480 A `joining_thread` is a thread that joins at the end of its scope.
14481 Detached threads are hard to monitor.
14482 It is harder to ensure absence of errors in detached threads (and potentially detached threads)
14484 ##### Example, bad
14486     void f() { std::cout << "Hello "; }
14488     struct F {
14489         void operator()() { std::cout << "parallel world "; }
14490     };
14492     int main()
14493     {
14494         std::thread t1{f};      // f() executes in separate thread
14495         std::thread t2{F()};    // F()() executes in separate thread
14496     }  // spot the bugs
14498 ##### Example
14500     void f() { std::cout << "Hello "; }
14502     struct F {
14503         void operator()() { std::cout << "parallel world "; }
14504     };
14506     int main()
14507     {
14508         std::thread t1{f};      // f() executes in separate thread
14509         std::thread t2{F()};    // F()() executes in separate thread
14511         t1.join();
14512         t2.join();
14513     }  // one bad bug left
14516 ##### Example, bad
14518 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:
14520     void tricky(thread* t, int n)
14521     {
14522         // ...
14523         if (is_odd(n))
14524             t->detach();
14525         // ...
14526     }
14528     void use(int n)
14529     {
14530         thread t { tricky, this, n };
14531         // ...
14532         // ... should I join here? ...
14533     }
14535 This seriously complicates lifetime analysis, and in not too unlikely cases makes lifetime analysis impossible.
14536 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()`.
14538 ##### Note
14540 Make "immortal threads" globals, put them in an enclosing scope, or put them on the free store rather than `detach()`.
14541 [don't `detach`](#Rconc-detached_thread).
14543 ##### Note
14545 Because of old code and third party libraries using `std::thread` this rule can be hard to introduce.
14547 ##### Enforcement
14549 Flag uses of `std::thread`:
14551 * Suggest use of `gsl::joining_thread`.
14552 * Suggest ["exporting ownership"](#Rconc-detached_thread) to an enclosing scope if it detaches.
14553 * Seriously warn if it is not obvious whether if joins of detaches.
14555 ### <a name="Rconc-detached_thread"></a>CP.26: Don't `detach()` a thread
14557 ##### Reason
14559 Often, the need to outlive the scope of its creation is inherent in the `thread`s task,
14560 but implementing that idea by `detach` makes it harder to monitor and communicate with the detached thread.
14561 In particular, it is harder (though not impossible) to ensure that the thread completed as expected or lives for as long as expected.
14563 ##### Example
14565     void heartbeat();
14567     void use()
14568     {
14569         std::thread t(heartbeat);             // don't join; heartbeat is meant to run forever
14570         t.detach();
14571         // ...
14572     }
14574 This is a reasonable use of a thread, for which `detach()` is commonly used.
14575 There are problems, though.
14576 How do we monitor the detached thread to see if it is alive?
14577 Something might go wrong with the heartbeat, and losing a heartbeat can be very serious in a system for which it is needed.
14578 So, we need to communicate with the heartbeat thread
14579 (e.g., through a stream of messages or notification events using a `condition_variable`).
14581 An alternative, and usually superior solution is to control its lifetime by placing it in a scope outside its point of creation (or activation).
14582 For example:
14584     void heartbeat();
14586     gsl::joining_thread t(heartbeat);             // heartbeat is meant to run "forever"
14588 This heartbeat will (barring error, hardware problems, etc.) run for as long as the program does.
14590 Sometimes, we need to separate the point of creation from the point of ownership:
14592     void heartbeat();
14594     unique_ptr<gsl::joining_thread> tick_tock {nullptr};
14596     void use()
14597     {
14598         // heartbeat is meant to run as long as tick_tock lives
14599         tick_tock = make_unique<gsl::joining_thread>(heartbeat);
14600         // ...
14601     }
14603 #### Enforcement
14605 Flag `detach()`.
14608 ### <a name="Rconc-data-by-value"></a>CP.31: Pass small amounts of data between threads by value, rather than by reference or pointer
14610 ##### Reason
14612 Copying a small amount of data is cheaper to copy and access than to share it using some locking mechanism.
14613 Copying naturally gives unique ownership (simplifies code) and eliminates the possibility of data races.
14615 ##### Note
14617 Defining "small amount" precisely is impossible.
14619 ##### Example
14621     string modify1(string);
14622     void modify2(string&);
14624     void fct(string& s)
14625     {
14626         auto res = async(modify1, s);
14627         async(modify2, s);
14628     }
14630 The call of `modify1` involves copying two `string` values; the call of `modify2` does not.
14631 On the other hand, the implementation of `modify1` is exactly as we would have written it for single-threaded code,
14632 whereas the implementation of `modify2` will need some form of locking to avoid data races.
14633 If the string is short (say 10 characters), the call of `modify1` can be surprisingly fast;
14634 essentially all the cost is in the `thread` switch. If the string is long (say 1,000,000 characters), copying it twice
14635 is probably not a good idea.
14637 Note that this argument has nothing to do with `async` as such. It applies equally to considerations about whether to use
14638 message passing or shared memory.
14640 ##### Enforcement
14645 ### <a name="Rconc-shared"></a>CP.32: To share ownership between unrelated `thread`s use `shared_ptr`
14647 ##### Reason
14649 If threads are unrelated (that is, not known to be in the same scope or one within the lifetime of the other)
14650 and they need to share free store memory that needs to be deleted, a `shared_ptr` (or equivalent) is the only
14651 safe way to ensure proper deletion.
14653 ##### Example
14655     ???
14657 ##### Note
14659 * 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.
14660 * An object on free store that is never to be deleted can be shared.
14661 * An object owned by one thread can be safely shared with another as long as that second thread doesn't outlive the owner.
14663 ##### Enforcement
14668 ### <a name="Rconc-switch"></a>CP.40: Minimize context switching
14670 ##### Reason
14672 Context switches are expensive.
14674 ##### Example
14676     ???
14678 ##### Enforcement
14683 ### <a name="Rconc-create"></a>CP.41: Minimize thread creation and destruction
14685 ##### Reason
14687 Thread creation is expensive.
14689 ##### Example
14691     void worker(Message m)
14692     {
14693         // process
14694     }
14696     void master(istream& is)
14697     {
14698         for (Message m; is >> m; )
14699             run_list.push_back(new thread(worker, m));
14700     }
14702 This spawns a `thread` per message, and the `run_list` is presumably managed to destroy those tasks once they are finished.
14704 Instead, we could have a set of pre-created worker threads processing the messages
14706     Sync_queue<Message> work;
14708     void master(istream& is)
14709     {
14710         for (Message m; is >> m; )
14711             work.put(m);
14712     }
14714     void worker()
14715     {
14716         for (Message m; m = work.get(); ) {
14717             // process
14718         }
14719     }
14721     void workers()  // set up worker threads (specifically 4 worker threads)
14722     {
14723         joining_thread w1 {worker};
14724         joining_thread w2 {worker};
14725         joining_thread w3 {worker};
14726         joining_thread w4 {worker};
14727     }
14729 ##### Note
14731 If your system has a good thread pool, use it.
14732 If your system has a good message queue, use it.
14734 ##### Enforcement
14739 ### <a name="Rconc-wait"></a>CP.42: Don't `wait` without a condition
14741 ##### Reason
14743 A `wait` without a condition can miss a wakeup or wake up simply to find that there is no work to do.
14745 ##### Example, bad
14747     std::condition_variable cv;
14748     std::mutex mx;
14750     void thread1()
14751     {
14752         while (true) {
14753             // do some work ...
14754             std::unique_lock<std::mutex> lock(mx);
14755             cv.notify_one();    // wake other thread
14756         }
14757     }
14759     void thread2()
14760     {
14761         while (true) {
14762             std::unique_lock<std::mutex> lock(mx);
14763             cv.wait(lock);    // might block forever
14764             // do work ...
14765         }
14766     }
14768 Here, if some other `thread` consumes `thread1`'s notification, `thread2` can wait forever.
14770 ##### Example
14772     template<typename T>
14773     class Sync_queue {
14774     public:
14775         void put(const T& val);
14776         void put(T&& val);
14777         void get(T& val);
14778     private:
14779         mutex mtx;
14780         condition_variable cond;    // this controls access
14781         list<T> q;
14782     };
14784     template<typename T>
14785     void Sync_queue<T>::put(const T& val)
14786     {
14787         lock_guard<mutex> lck(mtx);
14788         q.push_back(val);
14789         cond.notify_one();
14790     }
14792     template<typename T>
14793     void Sync_queue<T>::get(T& val)
14794     {
14795         unique_lock<mutex> lck(mtx);
14796         cond.wait(lck, [this]{ return !q.empty(); });    // prevent spurious wakeup
14797         val = q.front();
14798         q.pop_front();
14799     }
14801 Now if the queue is empty when a thread executing `get()` wakes up (e.g., because another thread has gotten to `get()` before it),
14802 it will immediately go back to sleep, waiting.
14804 ##### Enforcement
14806 Flag all `wait`s without conditions.
14809 ### <a name="Rconc-time"></a>CP.43: Minimize time spent in a critical section
14811 ##### Reason
14813 The less time is spent with a `mutex` taken, the less chance that another `thread` has to wait,
14814 and `thread` suspension and resumption are expensive.
14816 ##### Example
14818     void do_something() // bad
14819     {
14820         unique_lock<mutex> lck(my_lock);
14821         do0();  // preparation: does not need lock
14822         do1();  // transaction: needs locking
14823         do2();  // cleanup: does not need locking
14824     }
14826 Here, we are holding the lock for longer than necessary:
14827 We should not have taken the lock before we needed it and should have released it again before starting the cleanup.
14828 We could rewrite this to
14830     void do_something() // bad
14831     {
14832         do0();  // preparation: does not need lock
14833         my_lock.lock();
14834         do1();  // transaction: needs locking
14835         my_lock.unlock();
14836         do2();  // cleanup: does not need locking
14837     }
14839 But that compromises safety and violates the [use RAII](#Rconc-raii) rule.
14840 Instead, add a block for the critical section:
14842     void do_something() // OK
14843     {
14844         do0();  // preparation: does not need lock
14845         {
14846             unique_lock<mutex> lck(my_lock);
14847             do1();  // transaction: needs locking
14848         }
14849         do2();  // cleanup: does not need locking
14850     }
14852 ##### Enforcement
14854 Impossible in general.
14855 Flag "naked" `lock()` and `unlock()`.
14858 ### <a name="Rconc-name"></a>CP.44: Remember to name your `lock_guard`s and `unique_lock`s
14860 ##### Reason
14862 An unnamed local objects is a temporary that immediately goes out of scope.
14864 ##### Example
14866     unique_lock<mutex>(m1);
14867     lock_guard<mutex> {m2};
14868     lock(m1, m2);
14870 This looks innocent enough, but it isn't.
14872 ##### Enforcement
14874 Flag all unnamed `lock_guard`s and `unique_lock`s.
14878 ### <a name="Rconc-mutex"></a>CP.50: Define a `mutex` together with the data it guards. Use `synchronized_value<T>` where possible
14880 ##### Reason
14882 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.
14884 Using a `synchronized_value<T>` ensures that the data has a mutex, and the right mutex is locked when the data is accessed.
14885 See the [WG21 proposal](http://wg21.link/p0290) to add `synchronized_value` to a future TS or revision of the C++ standard.
14887 ##### Example
14889     struct Record {
14890         std::mutex m;   // take this mutex before accessing other members
14891         // ...
14892     };
14894     class MyClass {
14895         struct DataRecord {
14896            // ...
14897         };
14898         synchronized_value<DataRecord> data; // Protect the data with a mutex
14899     };
14901 ##### Enforcement
14903 ??? Possible?
14906 ## <a name="SScp-par"></a>CP.par: Parallelism
14908 By "parallelism" we refer to performing a task (more or less) simultaneously ("in parallel with") on many data items.
14910 Parallelism rule summary:
14912 * ???
14913 * ???
14914 * Where appropriate, prefer the standard-library parallel algorithms
14915 * Use algorithms that are designed for parallelism, not algorithms with unnecessary dependency on linear evaluation
14919 ## <a name="SScp-mess"></a>CP.mess: Message passing
14921 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.
14922 Most people shouldn't work at this level: it's error-prone and development is slow.
14923 If possible, use a higher level facility: messaging libraries, parallel algorithms, and vectorization.
14924 This section looks at passing messages so that a programmer doesn't have to do explicit synchronization.
14926 Message passing rules summary:
14928 * [CP.60: Use a `future` to return a value from a concurrent task](#Rconc-future)
14929 * [CP.61: Use an `async()` to spawn a concurrent task](#Rconc-async)
14930 * message queues
14931 * messaging libraries
14933 ???? should there be a "use X rather than `std::async`" where X is something that would use a better specified thread pool?
14935 ??? 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?
14938 ### <a name="Rconc-future"></a>CP.60: Use a `future` to return a value from a concurrent task
14940 ##### Reason
14942 A `future` preserves the usual function call return semantics for asynchronous tasks.
14943 There is no explicit locking and both correct (value) return and error (exception) return are handled simply.
14945 ##### Example
14947     ???
14949 ##### Note
14953 ##### Enforcement
14957 ### <a name="Rconc-async"></a>CP.61: Use an `async()` to spawn a concurrent task
14959 ##### Reason
14961 A `future` preserves the usual function call return semantics for asynchronous tasks.
14962 There is no explicit locking and both correct (value) return and error (exception) return are handled simply.
14964 ##### Example
14966     int read_value(const std::string& filename)
14967     {
14968         std::ifstream in(filename);
14969         in.exceptions(std::ifstream::failbit);
14970         int value;
14971         in >> value;
14972         return value;
14973     }
14976     void async_example()
14977     {
14978         try
14979         {
14980             auto v1 = std::async(std::launch::async, read_value, "v1.txt"); 
14981             auto v2 = std::async(std::launch::async, read_value, "v2.txt");
14982             std::cout << v1.get() + v2.get() << '\n';
14983         }
14984         catch (std::ios_base::failure & fail) 
14985         {
14986             // handle exception here
14987         }
14988     }
14989     
14990 ##### Note
14992 Unfortunately, `async()` is not perfect.
14993 For example, there is no guarantee that a thread pool is used to minimize thread construction.
14994 In fact, most current `async()` implementations don't.
14995 However, `async()` is simple and logically correct so until something better comes along
14996 and unless you really need to optimize for many asynchronous tasks, stick with `async()`.
14998 ##### Enforcement
15003 ## <a name="SScp-vec"></a>CP.vec: Vectorization
15005 Vectorization is a technique for executing a number of tasks concurrently without introducing explicit synchronization.
15006 An operation is simply applied to elements of a data structure (a vector, an array, etc.) in parallel.
15007 Vectorization has the interesting property of often requiring no non-local changes to a program.
15008 However, vectorization works best with simple data structures and with algorithms specifically crafted to enable it.
15010 Vectorization rule summary:
15012 * ???
15013 * ???
15015 ## <a name="SScp-free"></a>CP.free: Lock-free programming
15017 Synchronization using `mutex`es and `condition_variable`s can be relatively expensive.
15018 Furthermore, it can lead to deadlock.
15019 For performance and to eliminate the possibility of deadlock, we sometimes have to use the tricky low-level "lock-free" facilities
15020 that rely on briefly gaining exclusive ("atomic") access to memory.
15021 Lock-free programming is also used to implement higher-level concurrency mechanisms, such as `thread`s and `mutex`es.
15023 Lock-free programming rule summary:
15025 * [CP.100: Don't use lock-free programming unless you absolutely have to](#Rconc-lockfree)
15026 * [CP.101: Distrust your hardware/compiler combination](#Rconc-distrust)
15027 * [CP.102: Carefully study the literature](#Rconc-literature)
15028 * how/when to use atomics
15029 * avoid starvation
15030 * use a lock-free data structure rather than hand-crafting specific lock-free access
15031 * [CP.110: Do not write your own double-checked locking for initialization](#Rconc-double)
15032 * [CP.111: Use a conventional pattern if you really need double-checked locking](#Rconc-double-pattern)
15033 * how/when to compare and swap
15036 ### <a name="Rconc-lockfree"></a>CP.100: Don't use lock-free programming unless you absolutely have to
15038 ##### Reason
15040 It's error-prone and requires expert level knowledge of language features, machine architecture, and data structures.
15042 ##### Example, bad
15044     extern atomic<Link*> head;        // the shared head of a linked list
15046     Link* nh = new Link(data, nullptr);    // make a link ready for insertion
15047     Link* h = head.load();                 // read the shared head of the list
15049     do {
15050         if (h->data <= data) break;        // if so, insert elsewhere
15051         nh->next = h;                      // next element is the previous head
15052     } while (!head.compare_exchange_weak(h, nh));    // write nh to head or to h
15054 Spot the bug.
15055 It would be really hard to find through testing.
15056 Read up on the ABA problem.
15058 ##### Exception
15060 [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.
15062 ##### Note
15064 Higher-level concurrency mechanisms, such as `thread`s and `mutex`es are implemented using lock-free programming.
15066 **Alternative**: Use lock-free data structures implemented by others as part of some library.
15069 ### <a name="Rconc-distrust"></a>CP.101: Distrust your hardware/compiler combination
15071 ##### Reason
15073 The low-level hardware interfaces used by lock-free programming are among the hardest to implement well and among
15074 the areas where the most subtle portability problems occur.
15075 If you are doing lock-free programming for performance, you need to check for regressions.
15077 ##### Note
15079 Instruction reordering (static and dynamic) makes it hard for us to think effectively at this level (especially if you use relaxed memory models).
15080 Experience, (semi)formal models and model checking can be useful.
15081 Testing - often to an extreme extent - is essential.
15082 "Don't fly too close to the sun."
15084 ##### Enforcement
15086 Have strong rules for re-testing in place that covers any change in hardware, operating system, compiler, and libraries.
15089 ### <a name="Rconc-literature"></a>CP.102: Carefully study the literature
15091 ##### Reason
15093 With the exception of atomics and a few use standard patterns, lock-free programming is really an expert-only topic.
15094 Become an expert before shipping lock-free code for others to use.
15096 ##### References
15098 * Anthony Williams: C++ concurrency in action. Manning Publications.
15099 * Boehm, Adve, You Don't Know Jack About Shared Variables or Memory Models , Communications of the ACM, Feb 2012.
15100 * Boehm, "Threads Basics", HPL TR 2009-259.
15101 * Adve, Boehm, "Memory Models: A Case for Rethinking Parallel Languages and Hardware", Communications of the ACM, August 2010.
15102 * Boehm, Adve, "Foundations of the C++ Concurrency Memory Model", PLDI 08.
15103 * Mark Batty, Scott Owens, Susmit Sarkar, Peter Sewell, and Tjark Weber, "Mathematizing C++ Concurrency", POPL 2011.
15104 * 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.
15105 * Damian Dechev and Bjarne Stroustrup: Scalable Non-blocking Concurrent Objects for Mission Critical Code. ACM OOPSLA'09. October 2009
15106 * 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.
15109 ### <a name="Rconc-double"></a>CP.110: Do not write your own double-checked locking for initialization
15111 ##### Reason
15113 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.
15115 ##### Example
15117 Example with std::call_once.
15119     void f()
15120     {
15121         static std::once_flag my_once_flag;
15122         std::call_once(my_once_flag, []()
15123         {
15124             // do this only once
15125         });
15126         // ...
15127     }
15129 Example with thread-safe static local variables of C++11.
15131     void f()
15132     {
15133         // Assuming the compiler is compliant with C++11
15134         static My_class my_object; // Constructor called only once
15135         // ...
15136     }
15138     class My_class
15139     {
15140     public:
15141         My_class()
15142         {
15143             // do this only once
15144         }
15145     };
15147 ##### Enforcement
15149 ??? Is it possible to detect the idiom?
15152 ### <a name="Rconc-double-pattern"></a>CP.111: Use a conventional pattern if you really need double-checked locking
15154 ##### Reason
15156 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.
15158 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.
15160 ##### Example, bad
15162 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)
15164     mutex action_mutex;
15165     volatile bool action_needed;
15167     if (action_needed) {
15168         std::lock_guard<std::mutex> lock(action_mutex);
15169         if (action_needed) {
15170             take_action();
15171             action_needed = false;
15172         }
15173     }
15175 ##### Example, good
15177     mutex action_mutex;
15178     atomic<bool> action_needed;
15180     if (action_needed) {
15181         std::lock_guard<std::mutex> lock(action_mutex);
15182         if (action_needed) {
15183             take_action();
15184             action_needed = false;
15185         }
15186     }
15188 Fine-tuned memory order may be beneficial where acquire load is more efficient than sequentially-consistent load
15190     mutex action_mutex;
15191     atomic<bool> action_needed;
15193     if (action_needed.load(memory_order_acquire)) {
15194         lock_guard<std::mutex> lock(action_mutex);
15195         if (action_needed.load(memory_order_relaxed)) {
15196             take_action();
15197             action_needed.store(false, memory_order_release);
15198         }
15199     }
15201 ##### Enforcement
15203 ??? Is it possible to detect the idiom?
15206 ## <a name="SScp-etc"></a>CP.etc: Etc. concurrency rules
15208 These rules defy simple categorization:
15210 * [CP.200: Use `volatile` only to talk to non-C++ memory](#Rconc-volatile2)
15211 * [CP.201: ??? Signals](#Rconc-signal)
15213 ### <a name="Rconc-volatile2"></a>CP.200: Use `volatile` only to talk to non-C++ memory
15215 ##### Reason
15217 `volatile` is used to refer to objects that are shared with "non-C++" code or hardware that does not follow the C++ memory model.
15219 ##### Example
15221     const volatile long clock;
15223 This describes a register constantly updated by a clock circuit.
15224 `clock` is `volatile` because its value will change without any action from the C++ program that uses it.
15225 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:
15227     long t1 = clock;
15228     // ... no use of clock here ...
15229     long t2 = clock;
15231 `clock` is `const` because the program should not try to write to `clock`.
15233 ##### Note
15235 Unless you are writing the lowest level code manipulating hardware directly, consider `volatile` an esoteric feature that is best avoided.
15237 ##### Example
15239 Usually C++ code receives `volatile` memory that is owned elsewhere (hardware or another language):
15241     int volatile* vi = get_hardware_memory_location();
15242         // note: we get a pointer to someone else's memory here
15243         // volatile says "treat this with extra respect"
15245 Sometimes C++ code allocates the `volatile` memory and shares it with "elsewhere" (hardware or another language) by deliberately escaping a pointer:
15247     static volatile long vl;
15248     please_use_this(&vl);   // escape a reference to this to "elsewhere" (not C++)
15250 ##### Example, bad
15252 `volatile` local variables are nearly always wrong -- how can they be shared with other languages or hardware if they're ephemeral?
15253 The same applies almost as strongly to member variables, for the same reason.
15255     void f() {
15256         volatile int i = 0; // bad, volatile local variable
15257         // etc.
15258     }
15260     class My_type {
15261         volatile int i = 0; // suspicious, volatile member variable
15262         // etc.
15263     };
15265 ##### Note
15267 In C++, unlike in some other languages, `volatile` has [nothing to do with synchronization](#Rconc-volatile).
15269 ##### Enforcement
15271 * Flag `volatile T` local and member variables; almost certainly you intended to use `atomic<T>` instead.
15272 * ???
15274 ### <a name="Rconc-signal"></a>CP.201: ??? Signals
15276 ???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")
15279 # <a name="S-errors"></a>E: Error handling
15281 Error handling involves:
15283 * Detecting an error
15284 * Transmitting information about an error to some handler code
15285 * Preserving a valid state of the program
15286 * Avoiding resource leaks
15288 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.
15290 The rules are designed to help avoid several kinds of errors:
15292 * Type violations (e.g., misuse of `union`s and casts)
15293 * Resource leaks (including memory leaks)
15294 * Bounds errors
15295 * Lifetime errors (e.g., accessing an object after is has been `delete`d)
15296 * Complexity errors (logical errors made likely by overly complex expression of ideas)
15297 * Interface errors (e.g., an unexpected value is passed through an interface)
15299 Error-handling rule summary:
15301 * [E.1: Develop an error-handling strategy early in a design](#Re-design)
15302 * [E.2: Throw an exception to signal that a function can't perform its assigned task](#Re-throw)
15303 * [E.3: Use exceptions for error handling only](#Re-errors)
15304 * [E.4: Design your error-handling strategy around invariants](#Re-design-invariants)
15305 * [E.5: Let a constructor establish an invariant, and throw if it cannot](#Re-invariant)
15306 * [E.6: Use RAII to prevent leaks](#Re-raii)
15307 * [E.7: State your preconditions](#Re-precondition)
15308 * [E.8: State your postconditions](#Re-postcondition)
15310 * [E.12: Use `noexcept` when exiting a function because of a `throw` is impossible or unacceptable](#Re-noexcept)
15311 * [E.13: Never throw while being the direct owner of an object](#Re-never-throw)
15312 * [E.14: Use purpose-designed user-defined types as exceptions (not built-in types)](#Re-exception-types)
15313 * [E.15: Catch exceptions from a hierarchy by reference](#Re-exception-ref)
15314 * [E.16: Destructors, deallocation, and `swap` must never fail](#Re-never-fail)
15315 * [E.17: Don't try to catch every exception in every function](#Re-not-always)
15316 * [E.18: Minimize the use of explicit `try`/`catch`](#Re-catch)
15317 * [E.19: Use a `final_action` object to express cleanup if no suitable resource handle is available](#Re-finally)
15319 * [E.25: If you can't throw exceptions, simulate RAII for resource management](#Re-no-throw-raii)
15320 * [E.26: If you can't throw exceptions, consider failing fast](#Re-no-throw-crash)
15321 * [E.27: If you can't throw exceptions, use error codes systematically](#Re-no-throw-codes)
15322 * [E.28: Avoid error handling based on global state (e.g. `errno`)](#Re-no-throw)
15324 * [E.30: Don't use exception specifications](#Re-specifications)
15325 * [E.31: Properly order your `catch`-clauses](#Re_catch)
15327 ### <a name="Re-design"></a>E.1: Develop an error-handling strategy early in a design
15329 ##### Reason
15331 A consistent and complete strategy for handling errors and resource leaks is hard to retrofit into a system.
15333 ### <a name="Re-throw"></a>E.2: Throw an exception to signal that a function can't perform its assigned task
15335 ##### Reason
15337 To make error handling systematic, robust, and non-repetitive.
15339 ##### Example
15341     struct Foo {
15342         vector<Thing> v;
15343         File_handle f;
15344         string s;
15345     };
15347     void use()
15348     {
15349         Foo bar {{Thing{1}, Thing{2}, Thing{monkey}}, {"my_file", "r"}, "Here we go!"};
15350         // ...
15351     }
15353 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.
15354 In each case, they throw an exception for `use()`'s caller to handle.
15355 If `use()` could handle the failure to construct `bar` it can take control using `try`/`catch`.
15356 In either case, `Foo`'s constructor correctly destroys constructed members before passing control to whatever tried to create a `Foo`.
15357 Note that there is no return value that could contain an error code.
15359 The `File_handle` constructor might be defined like this:
15361     File_handle::File_handle(const string& name, const string& mode)
15362         :f{fopen(name.c_str(), mode.c_str())}
15363     {
15364         if (!f)
15365             throw runtime_error{"File_handle: could not open " + name + " as " + mode};
15366     }
15368 ##### Note
15370 It is often said that exceptions are meant to signal exceptional events and failures.
15371 However, that's a bit circular because "what is exceptional?"
15372 Examples:
15374 * A precondition that cannot be met
15375 * A constructor that cannot construct an object (failure to establish its class's [invariant](#Rc-struct))
15376 * An out-of-range error (e.g., `v[v.size()] = 7`)
15377 * Inability to acquire a resource (e.g., the network is down)
15379 In contrast, termination of an ordinary loop is not exceptional.
15380 Unless the loop was meant to be infinite, termination is normal and expected.
15382 ##### Note
15384 Don't use a `throw` as simply an alternative way of returning a value from a function.
15386 ##### Exception
15388 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`.
15390 **See also**: [RAII](#Re-raii)
15392 **See also**: [discussion](#Sd-noexcept)
15394 ##### Note
15396 Before deciding that you cannot afford or don't like exception-based error handling, have a look at the [alternatives](#Re-no-throw-raii);
15397 they have their own complexities and problems.
15398 Also, as far as possible, measure before making claims about efficiency.
15400 ### <a name="Re-errors"></a>E.3: Use exceptions for error handling only
15402 ##### Reason
15404 To keep error handling separated from "ordinary code."
15405 C++ implementations tend to be optimized based on the assumption that exceptions are rare.
15407 ##### Example, don't
15409     // don't: exception not used for error handling
15410     int find_index(vector<string>& vec, const string& x)
15411     {
15412         try {
15413             for (gsl::index i = 0; i < vec.size(); ++i)
15414                 if (vec[i] == x) throw i;  // found x
15415         } catch (int i) {
15416             return i;
15417         }
15418         return -1;   // not found
15419     }
15421 This is more complicated and most likely runs much slower than the obvious alternative.
15422 There is nothing exceptional about finding a value in a `vector`.
15424 ##### Enforcement
15426 Would need to be heuristic.
15427 Look for exception values "leaked" out of `catch` clauses.
15429 ### <a name="Re-design-invariants"></a>E.4: Design your error-handling strategy around invariants
15431 ##### Reason
15433 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.
15435 ##### Note
15437 An [invariant](#Rc-struct) is a logical condition for the members of an object that a constructor must establish for the public member functions to assume.
15439 ##### Enforcement
15443 ### <a name="Re-invariant"></a>E.5: Let a constructor establish an invariant, and throw if it cannot
15445 ##### Reason
15447 Leaving an object without its invariant established is asking for trouble.
15448 Not all member functions can be called.
15450 ##### Example
15452     class Vector {  // very simplified vector of doubles
15453         // if elem != nullptr then elem points to sz doubles
15454     public:
15455         Vector() : elem{nullptr}, sz{0}{}
15456         Vector(int s) : elem{new double[s]}, sz{s} { /* initialize elements */ }
15457         ~Vector() { delete [] elem; }
15458         double& operator[](int s) { return elem[s]; }
15459         // ...
15460     private:
15461         owner<double*> elem;
15462         int sz;
15463     };
15465 The class invariant - here stated as a comment - is established by the constructors.
15466 `new` throws if it cannot allocate the required memory.
15467 The operators, notably the subscript operator, relies on the invariant.
15469 **See also**: [If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception](#Rc-throw)
15471 ##### Enforcement
15473 Flag classes with `private` state without a constructor (public, protected, or private).
15475 ### <a name="Re-raii"></a>E.6: Use RAII to prevent leaks
15477 ##### Reason
15479 Leaks are typically unacceptable.
15480 Manual resource release is error-prone.
15481 RAII ("Resource Acquisition Is Initialization") is the simplest, most systematic way of preventing leaks.
15483 ##### Example
15485     void f1(int i)   // Bad: possible leak
15486     {
15487         int* p = new int[12];
15488         // ...
15489         if (i < 17) throw Bad{"in f()", i};
15490         // ...
15491     }
15493 We could carefully release the resource before the throw:
15495     void f2(int i)   // Clumsy and error-prone: explicit release
15496     {
15497         int* p = new int[12];
15498         // ...
15499         if (i < 17) {
15500             delete[] p;
15501             throw Bad{"in f()", i};
15502         }
15503         // ...
15504     }
15506 This is verbose. In larger code with multiple possible `throw`s explicit releases become repetitive and error-prone.
15508     void f3(int i)   // OK: resource management done by a handle (but see below)
15509     {
15510         auto p = make_unique<int[]>(12);
15511         // ...
15512         if (i < 17) throw Bad{"in f()", i};
15513         // ...
15514     }
15516 Note that this works even when the `throw` is implicit because it happened in a called function:
15518     void f4(int i)   // OK: resource management done by a handle (but see below)
15519     {
15520         auto p = make_unique<int[]>(12);
15521         // ...
15522         helper(i);   // may throw
15523         // ...
15524     }
15526 Unless you really need pointer semantics, use a local resource object:
15528     void f5(int i)   // OK: resource management done by local object
15529     {
15530         vector<int> v(12);
15531         // ...
15532         helper(i);   // may throw
15533         // ...
15534     }
15536 That's even simpler and safer, and often more efficient.
15538 ##### Note
15540 If there is no obvious resource handle and for some reason defining a proper RAII object/handle is infeasible,
15541 as a last resort, cleanup actions can be represented by a [`final_action`](#Re-finally) object.
15543 ##### Note
15545 But what do we do if we are writing a program where exceptions cannot be used?
15546 First challenge that assumption; there are many anti-exceptions myths around.
15547 We know of only a few good reasons:
15549 * We are on a system so small that the exception support would eat up most of our 2K memory.
15550 * 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.
15551 * We are in a system with tons of legacy code using lots of pointers in difficult-to-understand ways
15552   (in particular without a recognizable ownership strategy) so that exceptions could cause leaks.
15553 * Our implementation of the C++ exception mechanisms is unreasonably poor
15554 (slow, memory consuming, failing to work correctly for dynamically linked libraries, etc.).
15555 Complain to your implementation purveyor; if no user complains, no improvement will happen.
15556 * We get fired if we challenge our manager's ancient wisdom.
15558 Only the first of these reasons is fundamental, so whenever possible, use exceptions to implement RAII, or design your RAII objects to never fail.
15559 When exceptions cannot be used, simulate RAII.
15560 That is, systematically check that objects are valid after construction and still release all resources in the destructor.
15561 One strategy is to add a `valid()` operation to every resource handle:
15563     void f()
15564     {
15565         vector<string> vs(100);   // not std::vector: valid() added
15566         if (!vs.valid()) {
15567             // handle error or exit
15568         }
15570         ifstream fs("foo");   // not std::ifstream: valid() added
15571         if (!fs.valid()) {
15572             // handle error or exit
15573         }
15575         // ...
15576     } // destructors clean up as usual
15578 Obviously, this increases the size of the code, doesn't allow for implicit propagation of "exceptions" (`valid()` checks), and `valid()` checks can be forgotten.
15579 Prefer to use exceptions.
15581 **See also**: [Use of `noexcept`](#Re-noexcept)
15583 ##### Enforcement
15587 ### <a name="Re-precondition"></a>E.7: State your preconditions
15589 ##### Reason
15591 To avoid interface errors.
15593 **See also**: [precondition rule](#Ri-pre)
15595 ### <a name="Re-postcondition"></a>E.8: State your postconditions
15597 ##### Reason
15599 To avoid interface errors.
15601 **See also**: [postcondition rule](#Ri-post)
15603 ### <a name="Re-noexcept"></a>E.12: Use `noexcept` when exiting a function because of a `throw` is impossible or unacceptable
15605 ##### Reason
15607 To make error handling systematic, robust, and efficient.
15609 ##### Example
15611     double compute(double d) noexcept
15612     {
15613         return log(sqrt(d <= 0 ? 1 : d));
15614     }
15616 Here, we know that `compute` will not throw because it is composed out of operations that don't throw.
15617 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`.
15619 ##### Note
15621 Many standard-library functions are `noexcept` including all the standard-library functions "inherited" from the C Standard Library.
15623 ##### Example
15625     vector<double> munge(const vector<double>& v) noexcept
15626     {
15627         vector<double> v2(v.size());
15628         // ... do something ...
15629     }
15631 The `noexcept` here states that I am not willing or able to handle the situation where I cannot construct the local `vector`.
15632 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.
15634 ##### Note
15636 Do not use traditional [exception-specifications](#Re-specifications).
15638 ##### See also
15640 [discussion](#Sd-noexcept).
15642 ### <a name="Re-never-throw"></a>E.13: Never throw while being the direct owner of an object
15644 ##### Reason
15646 That would be a leak.
15648 ##### Example
15650     void leak(int x)   // don't: may leak
15651     {
15652         auto p = new int{7};
15653         if (x < 0) throw Get_me_out_of_here{};  // may leak *p
15654         // ...
15655         delete p;   // we may never get here
15656     }
15658 One way of avoiding such problems is to use resource handles consistently:
15660     void no_leak(int x)
15661     {
15662         auto p = make_unique<int>(7);
15663         if (x < 0) throw Get_me_out_of_here{};  // will delete *p if necessary
15664         // ...
15665         // no need for delete p
15666     }
15668 Another solution (often better) would be to use a local variable to eliminate explicit use of pointers:
15670     void no_leak_simplified(int x)
15671     {
15672         vector<int> v(7);
15673         // ...
15674     }
15676 ##### Note
15678 If you have local "things" that requires cleanup, but is not represented by an object with a destructor, such cleanup must
15679 also be done before a `throw`.
15680 Sometimes, [`finally()`](#Re-finally) can make such unsystematic cleanup a bit more manageable.
15682 ### <a name="Re-exception-types"></a>E.14: Use purpose-designed user-defined types as exceptions (not built-in types)
15684 ##### Reason
15686 A user-defined type is unlikely to clash with other people's exceptions.
15688 ##### Example
15690     void my_code()
15691     {
15692         // ...
15693         throw Moonphase_error{};
15694         // ...
15695     }
15697     void your_code()
15698     {
15699         try {
15700             // ...
15701             my_code();
15702             // ...
15703         }
15704         catch(const Bufferpool_exhausted&) {
15705             // ...
15706         }
15707     }
15709 ##### Example, don't
15711     void my_code()     // Don't
15712     {
15713         // ...
15714         throw 7;       // 7 means "moon in the 4th quarter"
15715         // ...
15716     }
15718     void your_code()   // Don't
15719     {
15720         try {
15721             // ...
15722             my_code();
15723             // ...
15724         }
15725         catch(int i) {  // i == 7 means "input buffer too small"
15726             // ...
15727         }
15728     }
15730 ##### Note
15732 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.
15734 ##### Example, don't
15736     void my_code()   // Don't
15737     {
15738         // ...
15739         throw runtime_error{"moon in the 4th quarter"};
15740         // ...
15741     }
15743     void your_code()   // Don't
15744     {
15745         try {
15746             // ...
15747             my_code();
15748             // ...
15749         }
15750         catch(const runtime_error&) {   // runtime_error means "input buffer too small"
15751             // ...
15752         }
15753     }
15755 **See also**: [Discussion](#Sd-???)
15757 ##### Enforcement
15759 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.
15761 ### <a name="Re-exception-ref"></a>E.15: Catch exceptions from a hierarchy by reference
15763 ##### Reason
15765 To prevent slicing.
15767 ##### Example
15769     void f()
15770     {
15771         try {
15772             // ...
15773         }
15774         catch (exception e) {   // don't: may slice
15775             // ...
15776         }
15777     }
15779 Instead, use a reference:
15781     catch (exception& e) { /* ... */ }
15783 or - typically better still - a `const` reference:
15785     catch (const exception& e) { /* ... */ }
15787 Most handlers do not modify their exception and in general we [recommend use of `const`](#Res-const).
15789 ##### Note
15791 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](#Re-not-always) and [Minimize the use of explicit `try`/`catch`](#Re-catch) in mind.)
15793 ##### Enforcement
15795 Flag by-value exceptions if their types are part of a hierarchy (could require whole-program analysis to be perfect).
15797 ### <a name="Re-never-fail"></a>E.16: Destructors, deallocation, and `swap` must never fail
15799 ##### Reason
15801 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.
15803 ##### Example, don't
15805     class Connection {
15806         // ...
15807     public:
15808         ~Connection()   // Don't: very bad destructor
15809         {
15810             if (cannot_disconnect()) throw I_give_up{information};
15811             // ...
15812         }
15813     };
15815 ##### Note
15817 Many have tried to write reliable code violating this rule for examples, such as a network connection that "refuses to close".
15818 To the best of our knowledge nobody has found a general way of doing this.
15819 Occasionally, for very specific examples, you can get away with setting some state for future cleanup.
15820 For example, we might put a socket that does not want to close on a "bad socket" list,
15821 to be examined by a regular sweep of the system state.
15822 Every example we have seen of this is error-prone, specialized, and often buggy.
15824 ##### Note
15826 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.
15828 ##### Note
15830 Deallocation functions, including `operator delete`, must be `noexcept`. `swap` functions must be `noexcept`.
15831 Most destructors are implicitly `noexcept` by default.
15832 Also, [make move operations `noexcept`](#Rc-move-noexcept).
15834 ##### Enforcement
15836 Catch destructors, deallocation operations, and `swap`s that `throw`.
15837 Catch such operations that are not `noexcept`.
15839 **See also**: [discussion](#Sd-never-fail)
15841 ### <a name="Re-not-always"></a>E.17: Don't try to catch every exception in every function
15843 ##### Reason
15845 Catching an exception in a function that cannot take a meaningful recovery action leads to complexity and waste.
15846 Let an exception propagate until it reaches a function that can handle it.
15847 Let cleanup actions on the unwinding path be handled by [RAII](#Re-raii).
15849 ##### Example, don't
15851     void f()   // bad
15852     {
15853         try {
15854             // ...
15855         }
15856         catch (...) {
15857             // no action
15858             throw;   // propagate exception
15859         }
15860     }
15862 ##### Enforcement
15864 * Flag nested try-blocks.
15865 * Flag source code files with a too high ratio of try-blocks to functions. (??? Problem: define "too high")
15867 ### <a name="Re-catch"></a>E.18: Minimize the use of explicit `try`/`catch`
15869 ##### Reason
15871  `try`/`catch` is verbose and non-trivial uses are error-prone.
15872  `try`/`catch` can be a sign of unsystematic and/or low-level resource management or error handling.
15874 ##### Example, Bad
15876     void f(zstring s)
15877     {
15878         Gadget* p;
15879         try {
15880             p = new Gadget(s);
15881             // ...
15882             delete p;
15883         }
15884         catch (Gadget_construction_failure) {
15885             delete p;
15886             throw;
15887         }
15888     }
15890 This code is messy.
15891 There could be a leak from the naked pointer in the `try` block.
15892 Not all exceptions are handled.
15893 `deleting` an object that failed to construct is almost certainly a mistake.
15894 Better:
15896     void f2(zstring s)
15897     {
15898         Gadget g {s};
15899     }
15901 ##### Alternatives
15903 * proper resource handles and [RAII](#Re-raii)
15904 * [`finally`](#Re-finally)
15906 ##### Enforcement
15908 ??? hard, needs a heuristic
15910 ### <a name="Re-finally"></a>E.19: Use a `final_action` object to express cleanup if no suitable resource handle is available
15912 ##### Reason
15914 `finally` is less verbose and harder to get wrong than `try`/`catch`.
15916 ##### Example
15918     void f(int n)
15919     {
15920         void* p = malloc(n);
15921         auto _ = finally([p] { free(p); });
15922         // ...
15923     }
15925 ##### Note
15927 `finally` is not as messy as `try`/`catch`, but it is still ad-hoc.
15928 Prefer [proper resource management objects](#Re-raii).
15929 Consider `finally` a last resort.
15931 ##### Note
15933 Use of `finally` is a systematic and reasonably clean alternative to the old [`goto exit;` technique](#Re-no-throw-codes)
15934 for dealing with cleanup where resource management is not systematic.
15936 ##### Enforcement
15938 Heuristic: Detect `goto exit;`
15940 ### <a name="Re-no-throw-raii"></a>E.25: If you can't throw exceptions, simulate RAII for resource management
15942 ##### Reason
15944 Even without exceptions, [RAII](#Re-raii) is usually the best and most systematic way of dealing with resources.
15946 ##### Note
15948 Error handling using exceptions is the only complete and systematic way of handling non-local errors in C++.
15949 In particular, non-intrusively signaling failure to construct an object requires an exception.
15950 Signaling errors in a way that cannot be ignored requires exceptions.
15951 If you can't use exceptions, simulate their use as best you can.
15953 A lot of fear of exceptions is misguided.
15954 When used for exceptional circumstances in code that is not littered with pointers and complicated control structures,
15955 exception handling is almost always affordable (in time and space) and almost always leads to better code.
15956 This, of course, assumes a good implementation of the exception handling mechanisms, which is not available on all systems.
15957 There are also cases where the problems above do not apply, but exceptions cannot be used for other reasons.
15958 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.
15959 In the absence of appropriate time estimation tools, this is hard to guarantee for exceptions.
15960 Such systems (e.g. flight control software) typically also ban the use of dynamic (heap) memory.
15962 So, the primary guideline for error handling is "use exceptions and [RAII](#Re-raii)."
15963 This section deals with the cases where you either do not have an efficient implementation of exceptions,
15964 or have such a rat's nest of old-style code
15965 (e.g., lots of pointers, ill-defined ownership, and lots of unsystematic error handling based on tests of error codes)
15966 that it is infeasible to introduce simple and systematic exception handling.
15968 Before condemning exceptions or complaining too much about their cost, consider examples of the use of [error codes](#Re-no-throw-codes).
15969 Consider the cost and complexity of the use of error codes.
15970 If performance is your worry, measure.
15972 ##### Example
15974 Assume you wanted to write
15976     void func(zstring arg)
15977     {
15978         Gadget g {arg};
15979         // ...
15980     }
15982 If the `gadget` isn't correctly constructed, `func` exits with an exception.
15983 If we cannot throw an exception, we can simulate this RAII style of resource handling by adding a `valid()` member function to `Gadget`:
15985     error_indicator func(zstring arg)
15986     {
15987         Gadget g {arg};
15988         if (!g.valid()) return gadget_construction_error;
15989         // ...
15990         return 0;   // zero indicates "good"
15991     }
15993 The problem is of course that the caller now has to remember to test the return value.
15995 **See also**: [Discussion](#Sd-???)
15997 ##### Enforcement
15999 Possible (only) for specific versions of this idea: e.g., test for systematic test of `valid()` after resource handle construction
16001 ### <a name="Re-no-throw-crash"></a>E.26: If you can't throw exceptions, consider failing fast
16003 ##### Reason
16005 If you can't do a good job at recovering, at least you can get out before too much consequential damage is done.
16007 **See also**: [Simulating RAII](#Re-no-throw-raii)
16009 ##### Note
16011 If you cannot be systematic about error handling, consider "crashing" as a response to any error that cannot be handled locally.
16012 That is, if you cannot recover from an error in the context of the function that detected it, call `abort()`, `quick_exit()`,
16013 or a similar function that will trigger some sort of system restart.
16015 In systems where you have lots of processes and/or lots of computers, you need to expect and handle fatal crashes anyway,
16016 say from hardware failures.
16017 In such cases, "crashing" is simply leaving error handling to the next level of the system.
16019 ##### Example
16021     void f(int n)
16022     {
16023         // ...
16024         p = static_cast<X*>(malloc(n * sizeof(X)));
16025         if (!p) abort();     // abort if memory is exhausted
16026         // ...
16027     }
16029 Most programs cannot handle memory exhaustion gracefully anyway. This is roughly equivalent to
16031     void f(int n)
16032     {
16033         // ...
16034         p = new X[n];    // throw if memory is exhausted (by default, terminate)
16035         // ...
16036     }
16038 Typically, it is a good idea to log the reason for the "crash" before exiting.
16040 ##### Enforcement
16042 Awkward
16044 ### <a name="Re-no-throw-codes"></a>E.27: If you can't throw exceptions, use error codes systematically
16046 ##### Reason
16048 Systematic use of any error-handling strategy minimizes the chance of forgetting to handle an error.
16050 **See also**: [Simulating RAII](#Re-no-throw-raii)
16052 ##### Note
16054 There are several issues to be addressed:
16056 * How do you transmit an error indicator from out of a function?
16057 * How do you release all resources from a function before doing an error exit?
16058 * What do you use as an error indicator?
16060 In general, returning an error indicator implies returning two values: The result and an error indicator.
16061 The error indicator can be part of the object, e.g. an object can have a `valid()` indicator
16062 or a pair of values can be returned.
16064 ##### Example
16066     Gadget make_gadget(int n)
16067     {
16068         // ...
16069     }
16071     void user()
16072     {
16073         Gadget g = make_gadget(17);
16074         if (!g.valid()) {
16075                 // error handling
16076         }
16077         // ...
16078     }
16080 This approach fits with [simulated RAII resource management](#Re-no-throw-raii).
16081 The `valid()` function could return an `error_indicator` (e.g. a member of an `error_indicator` enumeration).
16083 ##### Example
16085 What if we cannot or do not want to modify the `Gadget` type?
16086 In that case, we must return a pair of values.
16087 For example:
16089     std::pair<Gadget, error_indicator> make_gadget(int n)
16090     {
16091         // ...
16092     }
16094     void user()
16095     {
16096         auto r = make_gadget(17);
16097         if (!r.second) {
16098                 // error handling
16099         }
16100         Gadget& g = r.first;
16101         // ...
16102     }
16104 As shown, `std::pair` is a possible return type.
16105 Some people prefer a specific type.
16106 For example:
16108     Gval make_gadget(int n)
16109     {
16110         // ...
16111     }
16113     void user()
16114     {
16115         auto r = make_gadget(17);
16116         if (!r.err) {
16117                 // error handling
16118         }
16119         Gadget& g = r.val;
16120         // ...
16121     }
16123 One reason to prefer a specific return type is to have names for its members, rather than the somewhat cryptic `first` and `second`
16124 and to avoid confusion with other uses of `std::pair`.
16126 ##### Example
16128 In general, you must clean up before an error exit.
16129 This can be messy:
16131     std::pair<int, error_indicator> user()
16132     {
16133         Gadget g1 = make_gadget(17);
16134         if (!g1.valid()) {
16135                 return {0, g1_error};
16136         }
16138         Gadget g2 = make_gadget(17);
16139         if (!g2.valid()) {
16140                 cleanup(g1);
16141                 return {0, g2_error};
16142         }
16144         // ...
16146         if (all_foobar(g1, g2)) {
16147             cleanup(g1);
16148             cleanup(g2);
16149             return {0, foobar_error};
16150         // ...
16152         cleanup(g1);
16153         cleanup(g2);
16154         return {res, 0};
16155     }
16157 Simulating RAII can be non-trivial, especially in functions with multiple resources and multiple possible errors.
16158 A not uncommon technique is to gather cleanup at the end of the function to avoid repetition (note the extra scope around `g2` is undesirable but necessary to make the `goto` version compile):
16160     std::pair<int, error_indicator> user()
16161     {
16162         error_indicator err = 0;
16164         Gadget g1 = make_gadget(17);
16165         if (!g1.valid()) {
16166                 err = g1_error;
16167                 goto exit;
16168         }
16170         {
16171         Gadget g2 = make_gadget(17);
16172         if (!g2.valid()) {
16173                 err = g2_error;
16174                 goto exit;
16175         }
16177         if (all_foobar(g1, g2)) {
16178             err = foobar_error;
16179             goto exit;
16180         }
16181         // ...
16182         }
16184     exit:
16185       if (g1.valid()) cleanup(g1);
16186       if (g2.valid()) cleanup(g2);
16187       return {res, err};
16188     }
16190 The larger the function, the more tempting this technique becomes.
16191 `finally` can [ease the pain a bit](#Re-finally).
16192 Also, the larger the program becomes the harder it is to apply an error-indicator-based error-handling strategy systematically.
16194 We [prefer exception-based error handling](#Re-throw) and recommend [keeping functions short](#Rf-single).
16196 **See also**: [Discussion](#Sd-???)
16198 **See also**: [Returning multiple values](#Rf-out-multi)
16200 ##### Enforcement
16202 Awkward.
16204 ### <a name="Re-no-throw"></a>E.28: Avoid error handling based on global state (e.g. `errno`)
16206 ##### Reason
16208 Global state is hard to manage and it is easy to forget to check it.
16209 When did you last test the return value of `printf()`?
16211 **See also**: [Simulating RAII](#Re-no-throw-raii)
16213 ##### Example, bad
16215     int last_err;
16217     void f(int n)
16218     {
16219         // ...
16220         p = static_cast<X*>(malloc(n * sizeof(X)));
16221         if (!p) last_err = -1;     // error if memory is exhausted
16222         // ...
16223     }
16225 ##### Note
16227 C-style error handling is based on the global variable `errno`, so it is essentially impossible to avoid this style completely.
16229 ##### Enforcement
16231 Awkward.
16234 ### <a name="Re-specifications"></a>E.30: Don't use exception specifications
16236 ##### Reason
16238 Exception specifications make error handling brittle, impose a run-time cost, and have been removed from the C++ standard.
16240 ##### Example
16242     int use(int arg)
16243         throw(X, Y)
16244     {
16245         // ...
16246         auto x = f(arg);
16247         // ...
16248     }
16250 If `f()` throws an exception different from `X` and `Y` the unexpected handler is invoked, which by default terminates.
16251 That's OK, but say that we have checked that this cannot happen and `f` is changed to throw a new exception `Z`,
16252 we now have a crash on our hands unless we change `use()` (and re-test everything).
16253 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
16254 anything about or is in any way interested in.
16255 We can change `use()` to pass `Z` through, but now `use()`'s callers probably needs to be modified.
16256 This quickly becomes unmanageable.
16257 Alternatively, we can add a `try`-`catch` to `use()` to map `Z` into an acceptable exception.
16258 This too, quickly becomes unmanageable.
16259 Note that changes to the set of exceptions often happens at the lowest level of a system
16260 (e.g., because of changes to a network library or some middleware), so changes "bubble up" through long call chains.
16261 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.
16262 If `use()` is part of a library, it may not be possible to update it because a change could affect unknown clients.
16264 The policy of letting exceptions propagate until they reach a function that potentially can handle it has proven itself over the years.
16266 ##### Note
16268 No. This would not be any better had exception specifications been statically enforced.
16269 For example, see [Stroustrup94](#Stroustrup94).
16271 ##### Note
16273 If no exception may be thrown, use [`noexcept`](#Re-noexcept) or its equivalent `throw()`.
16275 ##### Enforcement
16277 Flag every exception specification.
16279 ### <a name="Re_catch"></a>E.31: Properly order your `catch`-clauses
16281 ##### Reason
16283 `catch`-clauses are evaluated in the order they appear and one clause can hide another.
16285 ##### Example
16287     void f()
16288     {
16289         // ...
16290         try {
16291                 // ...
16292         }
16293         catch (Base& b) { /* ... */ }
16294         catch (Derived& d) { /* ... */ }
16295         catch (...) { /* ... */ }
16296         catch (std::exception& e){ /* ... */ }
16297     }
16299 If `Derived`is derived from `Base` the `Derived`-handler will never be invoked.
16300 The "catch everything" handler ensured that the `std::exception`-handler will never be invoked.
16302 ##### Enforcement
16304 Flag all "hiding handlers".
16306 # <a name="S-const"></a>Con: Constants and immutability
16308 You can't have a race condition on a constant.
16309 It is easier to reason about a program when many of the objects cannot change their values.
16310 Interfaces that promises "no change" of objects passed as arguments greatly increase readability.
16312 Constant rule summary:
16314 * [Con.1: By default, make objects immutable](#Rconst-immutable)
16315 * [Con.2: By default, make member functions `const`](#Rconst-fct)
16316 * [Con.3: By default, pass pointers and references to `const`s](#Rconst-ref)
16317 * [Con.4: Use `const` to define objects with values that do not change after construction](#Rconst-const)
16318 * [Con.5: Use `constexpr` for values that can be computed at compile time](#Rconst-constexpr)
16320 ### <a name="Rconst-immutable"></a>Con.1: By default, make objects immutable
16322 ##### Reason
16324 Immutable objects are easier to reason about, so make objects non-`const` only when there is a need to change their value.
16325 Prevents accidental or hard-to-notice change of value.
16327 ##### Example
16329     for (const int i : c) cout << i << '\n';    // just reading: const
16331     for (int i : c) cout << i << '\n';          // BAD: just reading
16333 ##### Exception
16335 Function arguments are rarely mutated, but also rarely declared const.
16336 To avoid confusion and lots of false positives, don't enforce this rule for function arguments.
16338     void f(const char* const p); // pedantic
16339     void g(const int i);        // pedantic
16341 Note that function parameter is a local variable so changes to it are local.
16343 ##### Enforcement
16345 * Flag non-`const` variables that are not modified (except for parameters to avoid many false positives)
16347 ### <a name="Rconst-fct"></a>Con.2: By default, make member functions `const`
16349 ##### Reason
16351 A member function should be marked `const` unless it changes the object's observable state.
16352 This gives a more precise statement of design intent, better readability, more errors caught by the compiler, and sometimes more optimization opportunities.
16354 ##### Example, bad
16356     class Point {
16357         int x, y;
16358     public:
16359         int getx() { return x; }    // BAD, should be const as it doesn't modify the object's state
16360         // ...
16361     };
16363     void f(const Point& pt) {
16364         int x = pt.getx();          // ERROR, doesn't compile because getx was not marked const
16365     }
16367 ##### Note
16369 It is not inherently bad to pass a pointer or reference to non-`const`,
16370 but that should be done only when the called function is supposed to modify the object.
16371 A reader of code must assume that a function that takes a "plain" `T*` or `T&` will modify the object referred to.
16372 If it doesn't now, it might do so later without forcing recompilation.
16374 ##### Note
16376 There are code/libraries that offer functions that declare a`T*` even though
16377 those function do not modify that `T`.
16378 This is a problem for people modernizing code.
16379 You can
16381 * update the library to be `const`-correct; preferred long-term solution
16382 * "cast away `const`"; [best avoided](#Res-casts-const)
16383 * provide a wrapper function
16385 Example:
16387     void f(int* p);   // old code: f() does not modify `*p`
16388     void f(const int* p) { f(const_cast<int*>(p)); } // wrapper
16390 Note that this wrapper solution is a patch that should be used only when the declaration of `f()` cannot be modified,
16391 e.g. because it is in a library that you cannot modify.
16393 ##### Note
16395 A `const` member function can modify the value of an object that is `mutable` or accessed through a pointer member.
16396 A common use is to maintain a cache rather than repeatedly do a complicated computation.
16397 For example, here is a `Date` that caches (memoizes) its string representation to simplify repeated uses:
16399     class Date {
16400     public:
16401         // ...
16402         const string& string_ref() const
16403         {
16404             if (string_val == "") compute_string_rep();
16405             return string_val;
16406         }
16407         // ...
16408     private:
16409         void compute_string_rep() const;    // compute string representation and place it in string_val
16410         mutable string string_val;
16411         // ...
16412     };
16414 Another way of saying this is that `const`ness is not transitive.
16415 It is possible for a `const` member function to change the value of `mutable` members and the value of objects accessed
16416 through non-`const` pointers.
16417 It is the job of the class to ensure such mutation is done only when it makes sense according to the semantics (invariants)
16418 it offers to its users.
16420 **See also**: [Pimpl](#Ri-pimpl)
16422 ##### Enforcement
16424 * Flag a member function that is not marked `const`, but that does not perform a non-`const` operation on any member variable.
16426 ### <a name="Rconst-ref"></a>Con.3: By default, pass pointers and references to `const`s
16428 ##### Reason
16430  To avoid a called function unexpectedly changing the value.
16431  It's far easier to reason about programs when called functions don't modify state.
16433 ##### Example
16435     void f(char* p);        // does f modify *p? (assume it does)
16436     void g(const char* p);  // g does not modify *p
16438 ##### Note
16440 It is not inherently bad to pass a pointer or reference to non-`const`,
16441 but that should be done only when the called function is supposed to modify the object.
16443 ##### Note
16445 [Do not cast away `const`](#Res-casts-const).
16447 ##### Enforcement
16449 * Flag function that does not modify an object passed by  pointer or reference to non-`const`
16450 * Flag a function that (using a cast) modifies an object passed by pointer or reference to `const`
16452 ### <a name="Rconst-const"></a>Con.4: Use `const` to define objects with values that do not change after construction
16454 ##### Reason
16456  Prevent surprises from unexpectedly changed object values.
16458 ##### Example
16460     void f()
16461     {
16462         int x = 7;
16463         const int y = 9;
16465         for (;;) {
16466             // ...
16467         }
16468         // ...
16469     }
16471 As `x` is not `const`, we must assume that it is modified somewhere in the loop.
16473 ##### Enforcement
16475 * Flag unmodified non-`const` variables.
16477 ### <a name="Rconst-constexpr"></a>Con.5: Use `constexpr` for values that can be computed at compile time
16479 ##### Reason
16481 Better performance, better compile-time checking, guaranteed compile-time evaluation, no possibility of race conditions.
16483 ##### Example
16485     double x = f(2);            // possible run-time evaluation
16486     const double y = f(2);      // possible run-time evaluation
16487     constexpr double z = f(2);  // error unless f(2) can be evaluated at compile time
16489 ##### Note
16491 See F.4.
16493 ##### Enforcement
16495 * Flag `const` definitions with constant expression initializers.
16497 # <a name="S-templates"></a>T: Templates and generic programming
16499 Generic programming is programming using types and algorithms parameterized by types, values, and algorithms.
16500 In C++, generic programming is supported by the `template` language mechanisms.
16502 Arguments to generic functions are characterized by sets of requirements on the argument types and values involved.
16503 In C++, these requirements are expressed by compile-time predicates called concepts.
16505 Templates can also be used for meta-programming; that is, programs that compose code at compile time.
16507 A central notion in generic programming is "concepts"; that is, requirements on template arguments presented as compile-time predicates.
16508 "Concepts" are defined in an ISO Technical Specification: [concepts](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
16509 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)
16510 Concepts are supported in GCC 6.1 and later.
16511 Consequently, we comment out uses of concepts in examples; that is, we use them as formalized comments only.
16512 If you use GCC 6.1 or later, you can uncomment them.
16514 Template use rule summary:
16516 * [T.1: Use templates to raise the level of abstraction of code](#Rt-raise)
16517 * [T.2: Use templates to express algorithms that apply to many argument types](#Rt-algo)
16518 * [T.3: Use templates to express containers and ranges](#Rt-cont)
16519 * [T.4: Use templates to express syntax tree manipulation](#Rt-expr)
16520 * [T.5: Combine generic and OO techniques to amplify their strengths, not their costs](#Rt-generic-oo)
16522 Concept use rule summary:
16524 * [T.10: Specify concepts for all template arguments](#Rt-concepts)
16525 * [T.11: Whenever possible use standard concepts](#Rt-std-concepts)
16526 * [T.12: Prefer concept names over `auto` for local variables](#Rt-auto)
16527 * [T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts](#Rt-shorthand)
16528 * ???
16530 Concept definition rule summary:
16532 * [T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics](#Rt-low)
16533 * [T.21: Require a complete set of operations for a concept](#Rt-complete)
16534 * [T.22: Specify axioms for concepts](#Rt-axiom)
16535 * [T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns](#Rt-refine)
16536 * [T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics](#Rt-tag)
16537 * [T.25: Avoid complementary constraints](#Rt-not)
16538 * [T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax](#Rt-use)
16539 * [T.30: Use concept negation (`!C<T>`) sparingly to express a minor difference](#Rt-???)
16540 * [T.31: Use concept disjunction (`C1<T> || C2<T>`) sparingly to express alternatives](#Rt-???)
16541 * ???
16543 Template interface rule summary:
16545 * [T.40: Use function objects to pass operations to algorithms](#Rt-fo)
16546 * [T.41: Require only essential properties in a template's concepts](#Rt-essential)
16547 * [T.42: Use template aliases to simplify notation and hide implementation details](#Rt-alias)
16548 * [T.43: Prefer `using` over `typedef` for defining aliases](#Rt-using)
16549 * [T.44: Use function templates to deduce class template argument types (where feasible)](#Rt-deduce)
16550 * [T.46: Require template arguments to be at least `Regular` or `SemiRegular`](#Rt-regular)
16551 * [T.47: Avoid highly visible unconstrained templates with common names](#Rt-visible)
16552 * [T.48: If your compiler does not support concepts, fake them with `enable_if`](#Rt-concept-def)
16553 * [T.49: Where possible, avoid type-erasure](#Rt-erasure)
16555 Template definition rule summary:
16557 * [T.60: Minimize a template's context dependencies](#Rt-depend)
16558 * [T.61: Do not over-parameterize members (SCARY)](#Rt-scary)
16559 * [T.62: Place non-dependent class template members in a non-templated base class](#Rt-nondependent)
16560 * [T.64: Use specialization to provide alternative implementations of class templates](#Rt-specialization)
16561 * [T.65: Use tag dispatch to provide alternative implementations of functions](#Rt-tag-dispatch)
16562 * [T.67: Use specialization to provide alternative implementations for irregular types](#Rt-specialization2)
16563 * [T.68: Use `{}` rather than `()` within templates to avoid ambiguities](#Rt-cast)
16564 * [T.69: Inside a template, don't make an unqualified non-member function call unless you intend it to be a customization point](#Rt-customization)
16566 Template and hierarchy rule summary:
16568 * [T.80: Do not naively templatize a class hierarchy](#Rt-hier)
16569 * [T.81: Do not mix hierarchies and arrays](#Rt-array) // ??? somewhere in "hierarchies"
16570 * [T.82: Linearize a hierarchy when virtual functions are undesirable](#Rt-linear)
16571 * [T.83: Do not declare a member function template virtual](#Rt-virtual)
16572 * [T.84: Use a non-template core implementation to provide an ABI-stable interface](#Rt-abi)
16573 * [T.??: ????](#Rt-???)
16575 Variadic template rule summary:
16577 * [T.100: Use variadic templates when you need a function that takes a variable number of arguments of a variety of types](#Rt-variadic)
16578 * [T.101: ??? How to pass arguments to a variadic template ???](#Rt-variadic-pass)
16579 * [T.102: ??? How to process arguments to a variadic template ???](#Rt-variadic-process)
16580 * [T.103: Don't use variadic templates for homogeneous argument lists](#Rt-variadic-not)
16581 * [T.??: ????](#Rt-???)
16583 Metaprogramming rule summary:
16585 * [T.120: Use template metaprogramming only when you really need to](#Rt-metameta)
16586 * [T.121: Use template metaprogramming primarily to emulate concepts](#Rt-emulate)
16587 * [T.122: Use templates (usually template aliases) to compute types at compile time](#Rt-tmp)
16588 * [T.123: Use `constexpr` functions to compute values at compile time](#Rt-fct)
16589 * [T.124: Prefer to use standard-library TMP facilities](#Rt-std-tmp)
16590 * [T.125: If you need to go beyond the standard-library TMP facilities, use an existing library](#Rt-lib)
16591 * [T.??: ????](#Rt-???)
16593 Other template rules summary:
16595 * [T.140: Name all operations with potential for reuse](#Rt-name)
16596 * [T.141: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only](#Rt-lambda)
16597 * [T.142: Use template variables to simplify notation](#Rt-var)
16598 * [T.143: Don't write unintentionally non-generic code](#Rt-non-generic)
16599 * [T.144: Don't specialize function templates](#Rt-specialize-function)
16600 * [T.150: Check that a class matches a concept using `static_assert`](#Rt-check-class)
16601 * [T.??: ????](#Rt-???)
16603 ## <a name="SS-GP"></a>T.gp: Generic programming
16605 Generic programming is programming using types and algorithms parameterized by types, values, and algorithms.
16607 ### <a name="Rt-raise"></a>T.1: Use templates to raise the level of abstraction of code
16609 ##### Reason
16611 Generality. Reuse. Efficiency. Encourages consistent definition of user types.
16613 ##### Example, bad
16615 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":
16617     template<typename T>
16618         // requires Incrementable<T>
16619     T sum1(vector<T>& v, T s)
16620     {
16621         for (auto x : v) s += x;
16622         return s;
16623     }
16625     template<typename T>
16626         // requires Simple_number<T>
16627     T sum2(vector<T>& v, T s)
16628     {
16629         for (auto x : v) s = s + x;
16630         return s;
16631     }
16633 Assuming that `Incrementable` does not support `+` and `Simple_number` does not support `+=`, we have overconstrained implementers of `sum1` and `sum2`.
16634 And, in this case, missed an opportunity for a generalization.
16636 ##### Example
16638     template<typename T>
16639         // requires Arithmetic<T>
16640     T sum(vector<T>& v, T s)
16641     {
16642         for (auto x : v) s += x;
16643         return s;
16644     }
16646 Assuming that `Arithmetic` requires both `+` and `+=`, we have constrained the user of `sum` to provide a complete arithmetic type.
16647 That is not a minimal requirement, but it gives the implementer of algorithms much needed freedom and ensures that any `Arithmetic` type
16648 can be used for a wide variety of algorithms.
16650 For additional generality and reusability, we could also use a more general `Container` or `Range` concept instead of committing to only one container, `vector`.
16652 ##### Note
16654 If we define a template to require exactly the operations required for a single implementation of a single algorithm
16655 (e.g., requiring just `+=` rather than also `=` and `+`) and only those, we have overconstrained maintainers.
16656 We aim to minimize requirements on template arguments, but the absolutely minimal requirements of an implementation is rarely a meaningful concept.
16658 ##### Note
16660 Templates can be used to express essentially everything (they are Turing complete), but the aim of generic programming (as expressed using templates)
16661 is to efficiently generalize operations/algorithms over a set of types with similar semantic properties.
16663 ##### Note
16665 The `requires` in the comments are uses of `concepts`.
16666 "Concepts" are defined in an ISO Technical Specification: [concepts](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
16667 Concepts are supported in GCC 6.1 and later.
16668 Consequently, we comment out uses of concepts in examples; that is, we use them as formalized comments only.
16669 If you use GCC 6.1 or later, you can uncomment them.
16671 ##### Enforcement
16673 * Flag algorithms with "overly simple" requirements, such as direct use of specific operators without a concept.
16674 * Do not flag the definition of the "overly simple" concepts themselves; they may simply be building blocks for more useful concepts.
16676 ### <a name="Rt-algo"></a>T.2: Use templates to express algorithms that apply to many argument types
16678 ##### Reason
16680 Generality. Minimizing the amount of source code. Interoperability. Reuse.
16682 ##### Example
16684 That's the foundation of the STL. A single `find` algorithm easily works with any kind of input range:
16686     template<typename Iter, typename Val>
16687         // requires Input_iterator<Iter>
16688         //       && Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
16689     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
16690     {
16691         // ...
16692     }
16694 ##### Note
16696 Don't use a template unless you have a realistic need for more than one template argument type.
16697 Don't overabstract.
16699 ##### Enforcement
16701 ??? tough, probably needs a human
16703 ### <a name="Rt-cont"></a>T.3: Use templates to express containers and ranges
16705 ##### Reason
16707 Containers need an element type, and expressing that as a template argument is general, reusable, and type safe.
16708 It also avoids brittle or inefficient workarounds. Convention: That's the way the STL does it.
16710 ##### Example
16712     template<typename T>
16713         // requires Regular<T>
16714     class Vector {
16715         // ...
16716         T* elem;   // points to sz Ts
16717         int sz;
16718     };
16720     Vector<double> v(10);
16721     v[7] = 9.9;
16723 ##### Example, bad
16725     class Container {
16726         // ...
16727         void* elem;   // points to size elements of some type
16728         int sz;
16729     };
16731     Container c(10, sizeof(double));
16732     ((double*) c.elem)[7] = 9.9;
16734 This doesn't directly express the intent of the programmer and hides the structure of the program from the type system and optimizer.
16736 Hiding the `void*` behind macros simply obscures the problems and introduces new opportunities for confusion.
16738 **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.
16739 See [Stable base](#Rt-abi).
16741 ##### Enforcement
16743 * Flag uses of `void*`s and casts outside low-level implementation code
16745 ### <a name="Rt-expr"></a>T.4: Use templates to express syntax tree manipulation
16747 ##### Reason
16749  ???
16751 ##### Example
16753     ???
16755 **Exceptions**: ???
16757 ### <a name="Rt-generic-oo"></a>T.5: Combine generic and OO techniques to amplify their strengths, not their costs
16759 ##### Reason
16761 Generic and OO techniques are complementary.
16763 ##### Example
16765 Static helps dynamic: Use static polymorphism to implement dynamically polymorphic interfaces.
16767     class Command {
16768         // pure virtual functions
16769     };
16771     // implementations
16772     template</*...*/>
16773     class ConcreteCommand : public Command {
16774         // implement virtuals
16775     };
16777 ##### Example
16779 Dynamic helps static: Offer a generic, comfortable, statically bound interface, but internally dispatch dynamically, so you offer a uniform object layout.
16780 Examples include type erasure as with `std::shared_ptr`'s deleter (but [don't overuse type erasure](#Rt-erasure)).
16782 ##### Note
16784 In a class template, non-virtual functions are only instantiated if they're used -- but virtual functions are instantiated every time.
16785 This can bloat code size, and may overconstrain a generic type by instantiating functionality that is never needed.
16786 Avoid this, even though the standard-library facets made this mistake.
16788 ##### See also
16790 * ref ???
16791 * ref ???
16792 * ref ???
16794 ##### Enforcement
16796 See the reference to more specific rules.
16798 ## <a name="SS-concepts"></a>T.concepts: Concept rules
16800 Concepts is a facility for specifying requirements for template arguments.
16801 It is an [ISO Technical Specification](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf), but currently supported only by GCC.
16802 Concepts are, however, crucial in the thinking about generic programming and the basis of much work on future C++ libraries
16803 (standard and other).
16805 This section assumes concept support
16807 Concept use rule summary:
16809 * [T.10: Specify concepts for all template arguments](#Rt-concepts)
16810 * [T.11: Whenever possible use standard concepts](#Rt-std-concepts)
16811 * [T.12: Prefer concept names over `auto`](#Rt-auto)
16812 * [T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts](#Rt-shorthand)
16813 * ???
16815 Concept definition rule summary:
16817 * [T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics](#Rt-low)
16818 * [T.21: Require a complete set of operations for a concept](#Rt-complete)
16819 * [T.22: Specify axioms for concepts](#Rt-axiom)
16820 * [T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns](#Rt-refine)
16821 * [T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics](#Rt-tag)
16822 * [T.25: Avoid complimentary constraints](#Rt-not)
16823 * [T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax](#Rt-use)
16824 * ???
16826 ## <a name="SS-concept-use"></a>T.con-use: Concept use
16828 ### <a name="Rt-concepts"></a>T.10: Specify concepts for all template arguments
16830 ##### Reason
16832 Correctness and readability.
16833 The assumed meaning (syntax and semantics) of a template argument is fundamental to the interface of a template.
16834 A concept dramatically improves documentation and error handling for the template.
16835 Specifying concepts for template arguments is a powerful design tool.
16837 ##### Example
16839     template<typename Iter, typename Val>
16840     //    requires Input_iterator<Iter>
16841     //             && Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
16842     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
16843     {
16844         // ...
16845     }
16847 or equivalently and more succinctly:
16849     template<Input_iterator Iter, typename Val>
16850     //    requires Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
16851     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
16852     {
16853         // ...
16854     }
16856 ##### Note
16858 "Concepts" are defined in an ISO Technical Specification: [concepts](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
16859 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)
16860 Concepts are supported in GCC 6.1 and later.
16861 Consequently, we comment out uses of concepts in examples; that is, we use them as formalized comments only.
16862 If you use GCC 6.1 or later, you can uncomment them:
16864     template<typename Iter, typename Val>
16865         requires Input_iterator<Iter>
16866                && Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
16867     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
16868     {
16869         // ...
16870     }
16872 ##### Note
16874 Plain `typename` (or `auto`) is the least constraining concept.
16875 It should be used only rarely when nothing more than "it's a type" can be assumed.
16876 This is typically only needed when (as part of template metaprogramming code) we manipulate pure expression trees, postponing type checking.
16878 **References**: TC++PL4, Palo Alto TR, Sutton
16880 ##### Enforcement
16882 Flag template type arguments without concepts
16884 ### <a name="Rt-std-concepts"></a>T.11: Whenever possible use standard concepts
16886 ##### Reason
16888  "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)
16889 save us the work of thinking up our own concepts, are better thought out than we can manage to do in a hurry, and improve interoperability.
16891 ##### Note
16893 Unless you are creating a new generic library, most of the concepts you need will already be defined by the standard library.
16895 ##### Example (using TS concepts)
16897     template<typename T>
16898         // don't define this: Sortable is in the GSL
16899     concept Ordered_container = Sequence<T> && Random_access<Iterator<T>> && Ordered<Value_type<T>>;
16901     void sort(Ordered_container& s);
16903 This `Ordered_container` is quite plausible, but it is very similar to the `Sortable` concept in the GSL (and the Range TS).
16904 Is it better? Is it right? Does it accurately reflect the standard's requirements for `sort`?
16905 It is better and simpler just to use `Sortable`:
16907     void sort(Sortable& s);   // better
16909 ##### Note
16911 The set of "standard" concepts is evolving as we approach an ISO standard including concepts.
16913 ##### Note
16915 Designing a useful concept is challenging.
16917 ##### Enforcement
16919 Hard.
16921 * Look for unconstrained arguments, templates that use "unusual"/non-standard concepts, templates that use "homebrew" concepts without axioms.
16922 * Develop a concept-discovery tool (e.g., see [an early experiment](http://www.stroustrup.com/sle2010_webversion.pdf)).
16924 ### <a name="Rt-auto"></a>T.12: Prefer concept names over `auto` for local variables
16926 ##### Reason
16928  `auto` is the weakest concept. Concept names convey more meaning than just `auto`.
16930 ##### Example (using TS concepts)
16932     vector<string> v{ "abc", "xyz" };
16933     auto& x = v.front();     // bad
16934     String& s = v.front();   // good (String is a GSL concept)
16936 ##### Enforcement
16938 * ???
16940 ### <a name="Rt-shorthand"></a>T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts
16942 ##### Reason
16944 Readability. Direct expression of an idea.
16946 ##### Example (using TS concepts)
16948 To say "`T` is `Sortable`":
16950     template<typename T>       // Correct but verbose: "The parameter is
16951     //    requires Sortable<T>   // of type T which is the name of a type
16952     void sort(T&);             // that is Sortable"
16954     template<Sortable T>       // Better (assuming support for concepts): "The parameter is of type T
16955     void sort(T&);             // which is Sortable"
16957     void sort(Sortable&);      // Best (assuming support for concepts): "The parameter is Sortable"
16959 The shorter versions better match the way we speak. Note that many templates don't need to use the `template` keyword.
16961 ##### Note
16963 "Concepts" are defined in an ISO Technical Specification: [concepts](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
16964 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)
16965 Concepts are supported in GCC 6.1 and later.
16966 Consequently, we comment out uses of concepts in examples; that is, we use them as formalized comments only.
16967 If you use a compiler that supports concepts (e.g., GCC 6.1 or later), you can remove the `//`.
16969 ##### Enforcement
16971 * Not feasible in the short term when people convert from the `<typename T>` and `<class T`> notation.
16972 * Later, flag declarations that first introduce a typename and then constrain it with a simple, single-type-argument concept.
16974 ## <a name="SS-concepts-def"></a>T.concepts.def: Concept definition rules
16976 Defining good concepts is non-trivial.
16977 Concepts are meant to represent fundamental concepts in an application domain (hence the name "concepts").
16978 Similarly throwing together a set of syntactic constraints to be used for the arguments for a single class or algorithm is not what concepts were designed for
16979 and will not give the full benefits of the mechanism.
16981 Obviously, defining concepts will be most useful for code that can use an implementation (e.g., GCC 6.1 or later),
16982 but defining concepts is in itself a useful design technique and help catch conceptual errors and clean up the concepts (sic!) of an implementation.
16984 ### <a name="Rt-low"></a>T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics
16986 ##### Reason
16988 Concepts are meant to express semantic notions, such as "a number", "a range" of elements, and "totally ordered."
16989 Simple constraints, such as "has a `+` operator" and "has a `>` operator" cannot be meaningfully specified in isolation
16990 and should be used only as building blocks for meaningful concepts, rather than in user code.
16992 ##### Example, bad (using TS concepts)
16994     template<typename T>
16995     concept Addable = has_plus<T>;    // bad; insufficient
16997     template<Addable N> auto algo(const N& a, const N& b) // use two numbers
16998     {
16999         // ...
17000         return a + b;
17001     }
17003     int x = 7;
17004     int y = 9;
17005     auto z = algo(x, y);   // z = 16
17007     string xx = "7";
17008     string yy = "9";
17009     auto zz = algo(xx, yy);   // zz = "79"
17011 Maybe the concatenation was expected. More likely, it was an accident. Defining minus equivalently would give dramatically different sets of accepted types.
17012 This `Addable` violates the mathematical rule that addition is supposed to be commutative: `a+b == b+a`.
17014 ##### Note
17016 The ability to specify a meaningful semantics is a defining characteristic of a true concept, as opposed to a syntactic constraint.
17018 ##### Example (using TS concepts)
17020     template<typename T>
17021     // The operators +, -, *, and / for a number are assumed to follow the usual mathematical rules
17022     concept Number = has_plus<T>
17023                      && has_minus<T>
17024                      && has_multiply<T>
17025                      && has_divide<T>;
17027     template<Number N> auto algo(const N& a, const N& b)
17028     {
17029         // ...
17030         return a + b;
17031     }
17033     int x = 7;
17034     int y = 9;
17035     auto z = algo(x, y);   // z = 16
17037     string xx = "7";
17038     string yy = "9";
17039     auto zz = algo(xx, yy);   // error: string is not a Number
17041 ##### Note
17043 Concepts with multiple operations have far lower chance of accidentally matching a type than a single-operation concept.
17045 ##### Enforcement
17047 * Flag single-operation `concepts` when used outside the definition of other `concepts`.
17048 * Flag uses of `enable_if` that appears to simulate single-operation `concepts`.
17051 ### <a name="Rt-complete"></a>T.21: Require a complete set of operations for a concept
17053 ##### Reason
17055 Ease of comprehension.
17056 Improved interoperability.
17057 Helps implementers and maintainers.
17059 ##### Note
17061 This is a specific variant of the general rule that [a concept must make semantic sense](#Rt-low).
17063 ##### Example, bad (using TS concepts)
17065     template<typename T> concept Subtractable = requires(T a, T, b) { a-b; };
17067 This makes no semantic sense.
17068 You need at least `+` to make `-` meaningful and useful.
17070 Examples of complete sets are
17072 * `Arithmetic`: `+`, `-`, `*`, `/`, `+=`, `-=`, `*=`, `/=`
17073 * `Comparable`: `<`, `>`, `<=`, `>=`, `==`, `!=`
17075 ##### Note
17077 This rule applies whether we use direct language support for concepts or not.
17078 It is a general design rule that even applies to non-templates:
17080     class Minimal {
17081         // ...
17082     };
17084     bool operator==(const Minimal&, const Minimal&);
17085     bool operator<(const Minimal&, const Minimal&);
17087     Minimal operator+(const Minimal&, const Minimal&);
17088     // no other operators
17090     void f(const Minimal& x, const Minimal& y)
17091     {
17092         if (!(x == y)) { /* ... */ }    // OK
17093         if (x != y) { /* ... */ }       // surprise! error
17095         while (!(x < y)) { /* ... */ }  // OK
17096         while (x >= y) { /* ... */ }    // surprise! error
17098         x = x + y;          // OK
17099         x += y;             // surprise! error
17100     }
17102 This is minimal, but surprising and constraining for users.
17103 It could even be less efficient.
17105 The rule supports the view that a concept should reflect a (mathematically) coherent set of operations.
17107 ##### Example
17109     class Convenient {
17110         // ...
17111     };
17113     bool operator==(const Convenient&, const Convenient&);
17114     bool operator<(const Convenient&, const Convenient&);
17115     // ... and the other comparison operators ...
17117     Minimal operator+(const Convenient&, const Convenient&);
17118     // .. and the other arithmetic operators ...
17120     void f(const Convenient& x, const Convenient& y)
17121     {
17122         if (!(x == y)) { /* ... */ }    // OK
17123         if (x != y) { /* ... */ }       // OK
17125         while (!(x < y)) { /* ... */ }  // OK
17126         while (x >= y) { /* ... */ }    // OK
17128         x = x + y;     // OK
17129         x += y;        // OK
17130     }
17132 It can be a nuisance to define all operators, but not hard.
17133 Ideally, that rule should be language supported by giving you comparison operators by default.
17135 ##### Enforcement
17137 * Flag classes that support "odd" subsets of a set of operators, e.g., `==` but not `!=` or `+` but not `-`.
17138   Yes, `std::string` is "odd", but it's too late to change that.
17141 ### <a name="Rt-axiom"></a>T.22: Specify axioms for concepts
17143 ##### Reason
17145 A meaningful/useful concept has a semantic meaning.
17146 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.
17147 Specifying semantics is a powerful design tool.
17149 ##### Example (using TS concepts)
17151     template<typename T>
17152         // The operators +, -, *, and / for a number are assumed to follow the usual mathematical rules
17153         // axiom(T a, T b) { a + b == b + a; a - a == 0; a * (b + c) == a * b + a * c; /*...*/ }
17154         concept Number = requires(T a, T b) {
17155             {a + b} -> T;   // the result of a + b is convertible to T
17156             {a - b} -> T;
17157             {a * b} -> T;
17158             {a / b} -> T;
17159         }
17161 ##### Note
17163 This is an axiom in the mathematical sense: something that may be assumed without proof.
17164 In general, axioms are not provable, and when they are the proof is often beyond the capability of a compiler.
17165 An axiom may not be general, but the template writer may assume that it holds for all inputs actually used (similar to a precondition).
17167 ##### Note
17169 In this context axioms are Boolean expressions.
17170 See the [Palo Alto TR](#S-references) for examples.
17171 Currently, C++ does not support axioms (even the ISO Concepts TS), so we have to make do with comments for a longish while.
17172 Once language support is available, the `//` in front of the axiom can be removed
17174 ##### Note
17176 The GSL concepts have well-defined semantics; see the Palo Alto TR and the Ranges TS.
17178 ##### Exception (using TS concepts)
17180 Early versions of a new "concept" still under development will often just define simple sets of constraints without a well-specified semantics.
17181 Finding good semantics can take effort and time.
17182 An incomplete set of constraints can still be very useful:
17184     // balancer for a generic binary tree
17185     template<typename Node> concept bool Balancer = requires(Node* p) {
17186         add_fixup(p);
17187         touch(p);
17188         detach(p);
17189     }
17191 So a `Balancer` must supply at least thee operations on a tree `Node`,
17192 but we are not yet ready to specify detailed semantics because a new kind of balanced tree might require more operations
17193 and the precise general semantics for all nodes is hard to pin down in the early stages of design.
17195 A "concept" that is incomplete or without a well-specified semantics can still be useful.
17196 For example, it allows for some checking during initial experimentation.
17197 However, it should not be assumed to be stable.
17198 Each new use case may require such an incomplete concept to be improved.
17200 ##### Enforcement
17202 * Look for the word "axiom" in concept definition comments
17204 ### <a name="Rt-refine"></a>T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns.
17206 ##### Reason
17208 Otherwise they cannot be distinguished automatically by the compiler.
17210 ##### Example (using TS concepts)
17212     template<typename I>
17213     concept bool Input_iter = requires(I iter) { ++iter; };
17215     template<typename I>
17216     concept bool Fwd_iter = Input_iter<I> && requires(I iter) { iter++; }
17218 The compiler can determine refinement based on the sets of required operations (here, suffix `++`).
17219 This decreases the burden on implementers of these types since
17220 they do not need any special declarations to "hook into the concept".
17221 If two concepts have exactly the same requirements, they are logically equivalent (there is no refinement).
17223 ##### Enforcement
17225 * Flag a concept that has exactly the same requirements as another already-seen concept (neither is more refined).
17226 To disambiguate them, see [T.24](#Rt-tag).
17228 ### <a name="Rt-tag"></a>T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics.
17230 ##### Reason
17232 Two concepts requiring the same syntax but having different semantics leads to ambiguity unless the programmer differentiates them.
17234 ##### Example (using TS concepts)
17236     template<typename I>    // iterator providing random access
17237     concept bool RA_iter = ...;
17239     template<typename I>    // iterator providing random access to contiguous data
17240     concept bool Contiguous_iter =
17241         RA_iter<I> && is_contiguous<I>::value;  // using is_contiguous trait
17243 The programmer (in a library) must define `is_contiguous` (a trait) appropriately.
17245 Wrapping a tag class into a concept leads to a simpler expression of this idea:
17247     template<typename I> concept Contiguous = is_contiguous<I>::value;
17249     template<typename I>
17250     concept bool Contiguous_iter = RA_iter<I> && Contiguous<I>;
17252 The programmer (in a library) must define `is_contiguous` (a trait) appropriately.
17254 ##### Note
17256 Traits can be trait classes or type traits.
17257 These can be user-defined or standard-library ones.
17258 Prefer the standard-library ones.
17260 ##### Enforcement
17262 * The compiler flags ambiguous use of identical concepts.
17263 * Flag the definition of identical concepts.
17265 ### <a name="Rt-not"></a>T.25: Avoid complementary constraints
17267 ##### Reason
17269 Clarity. Maintainability.
17270 Functions with complementary requirements expressed using negation are brittle.
17272 ##### Example (using TS concepts)
17274 Initially, people will try to define functions with complementary requirements:
17276     template<typename T>
17277         requires !C<T>    // bad
17278     void f();
17280     template<typename T>
17281         requires C<T>
17282     void f();
17284 This is better:
17286     template<typename T>   // general template
17287         void f();
17289     template<typename T>   // specialization by concept
17290         requires C<T>
17291     void f();
17293 The compiler will choose the unconstrained template only when `C<T>` is
17294 unsatisfied. If you do not want to (or cannot) define an unconstrained
17295 version of `f()`, then delete it.
17297     template<typename T>
17298     void f() = delete;
17300 The compiler will select the overload and emit an appropriate error.
17302 ##### Note
17304 Complementary constraints are unfortunately common in `enable_if` code:
17306     template<typename T>
17307     enable_if<!C<T>, void>   // bad
17308     f();
17310     template<typename T>
17311     enable_if<C<T>, void>
17312     f();
17315 ##### Note
17317 Complementary requirements on one requirements is sometimes (wrongly) considered manageable.
17318 However, for two or more requirements the number of definitions needs can go up exponentially (2,4,8,16,...):
17320     C1<T> && C2<T>
17321     !C1<T> && C2<T>
17322     C1<T> && !C2<T>
17323     !C1<T> && !C2<T>
17325 Now the opportunities for errors multiply.
17327 ##### Enforcement
17329 * Flag pairs of functions with `C<T>` and `!C<T>` constraints
17331 ### <a name="Rt-use"></a>T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax
17333 ##### Reason
17335 The definition is more readable and corresponds directly to what a user has to write.
17336 Conversions are taken into account. You don't have to remember the names of all the type traits.
17338 ##### Example (using TS concepts)
17340 You might be tempted to define a concept `Equality` like this:
17342     template<typename T> concept Equality = has_equal<T> && has_not_equal<T>;
17344 Obviously, it would be better and easier just to use the standard `EqualityComparable`,
17345 but - just as an example - if you had to define such a concept, prefer:
17347     template<typename T> concept Equality = requires(T a, T b) {
17348         bool == { a == b }
17349         bool == { a != b }
17350         // axiom { !(a == b) == (a != b) }
17351         // axiom { a = b; => a == b }  // => means "implies"
17352     }
17354 as opposed to defining two meaningless concepts `has_equal` and `has_not_equal` just as helpers in the definition of `Equality`.
17355 By "meaningless" we mean that we cannot specify the semantics of `has_equal` in isolation.
17357 ##### Enforcement
17361 ## <a name="SS-temp-interface"></a>Template interfaces
17363 Over the years, programming with templates have suffered from a weak distinction between the interface of a template
17364 and its implementation.
17365 Before concepts, that distinction had no direct language support.
17366 However, the interface to a template is a critical concept - a contract between a user and an implementer - and should be carefully designed.
17368 ### <a name="Rt-fo"></a>T.40: Use function objects to pass operations to algorithms
17370 ##### Reason
17372 Function objects can carry more information through an interface than a "plain" pointer to function.
17373 In general, passing function objects gives better performance than passing pointers to functions.
17375 ##### Example (using TS concepts)
17377     bool greater(double x, double y) { return x > y; }
17378     sort(v, greater);                                    // pointer to function: potentially slow
17379     sort(v, [](double x, double y) { return x > y; });   // function object
17380     sort(v, std::greater<>);                             // function object
17382     bool greater_than_7(double x) { return x > 7; }
17383     auto x = find_if(v, greater_than_7);                 // pointer to function: inflexible
17384     auto y = find_if(v, [](double x) { return x > 7; }); // function object: carries the needed data
17385     auto z = find_if(v, Greater_than<double>(7));        // function object: carries the needed data
17387 You can, of course, generalize those functions using `auto` or (when and where available) concepts. For example:
17389     auto y1 = find_if(v, [](Ordered x) { return x > 7; }); // require an ordered type
17390     auto z1 = find_if(v, [](auto x) { return x > 7; });    // hope that the type has a >
17392 ##### Note
17394 Lambdas generate function objects.
17396 ##### Note
17398 The performance argument depends on compiler and optimizer technology.
17400 ##### Enforcement
17402 * Flag pointer to function template arguments.
17403 * Flag pointers to functions passed as arguments to a template (risk of false positives).
17406 ### <a name="Rt-essential"></a>T.41: Require only essential properties in a template's concepts
17408 ##### Reason
17410 Keep interfaces simple and stable.
17412 ##### Example (using TS concepts)
17414 Consider, a `sort` instrumented with (oversimplified) simple debug support:
17416     void sort(Sortable& s)  // sort sequence s
17417     {
17418         if (debug) cerr << "enter sort( " << s <<  ")\n";
17419         // ...
17420         if (debug) cerr << "exit sort( " << s <<  ")\n";
17421     }
17423 Should this be rewritten to:
17425     template<Sortable S>
17426         requires Streamable<S>
17427     void sort(S& s)  // sort sequence s
17428     {
17429         if (debug) cerr << "enter sort( " << s <<  ")\n";
17430         // ...
17431         if (debug) cerr << "exit sort( " << s <<  ")\n";
17432     }
17434 After all, there is nothing in `Sortable` that requires `iostream` support.
17435 On the other hand, there is nothing in the fundamental idea of sorting that says anything about debugging.
17437 ##### Note
17439 If we require every operation used to be listed among the requirements, the interface becomes unstable:
17440 Every time we change the debug facilities, the usage data gathering, testing support, error reporting, etc.,
17441 the definition of the template would need change and every use of the template would have to be recompiled.
17442 This is cumbersome, and in some environments infeasible.
17444 Conversely, if we use an operation in the implementation that is not guaranteed by concept checking,
17445 we may get a late compile-time error.
17447 By not using concept checking for properties of a template argument that is not considered essential,
17448 we delay checking until instantiation time.
17449 We consider this a worthwhile tradeoff.
17451 Note that using non-local, non-dependent names (such as `debug` and `cerr`) also introduces context dependencies that may lead to "mysterious" errors.
17453 ##### Note
17455 It can be hard to decide which properties of a type are essential and which are not.
17457 ##### Enforcement
17461 ### <a name="Rt-alias"></a>T.42: Use template aliases to simplify notation and hide implementation details
17463 ##### Reason
17465 Improved readability.
17466 Implementation hiding.
17467 Note that template aliases replace many uses of traits to compute a type.
17468 They can also be used to wrap a trait.
17470 ##### Example
17472     template<typename T, size_t N>
17473     class Matrix {
17474         // ...
17475         using Iterator = typename std::vector<T>::iterator;
17476         // ...
17477     };
17479 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>::`.
17481 ##### Example
17483     template<typename T>
17484     void user(T& c)
17485     {
17486         // ...
17487         typename container_traits<T>::value_type x; // bad, verbose
17488         // ...
17489     }
17491     template<typename T>
17492     using Value_type = typename container_traits<T>::value_type;
17495 This saves the user of `Value_type` from having to know the technique used to implement `value_type`s.
17497     template<typename T>
17498     void user2(T& c)
17499     {
17500         // ...
17501         Value_type<T> x;
17502         // ...
17503     }
17505 ##### Note
17507 A simple, common use could be expressed: "Wrap traits!"
17509 ##### Enforcement
17511 * Flag use of `typename` as a disambiguator outside `using` declarations.
17512 * ???
17514 ### <a name="Rt-using"></a>T.43: Prefer `using` over `typedef` for defining aliases
17516 ##### Reason
17518 Improved readability: With `using`, the new name comes first rather than being embedded somewhere in a declaration.
17519 Generality: `using` can be used for template aliases, whereas `typedef`s can't easily be templates.
17520 Uniformity: `using` is syntactically similar to `auto`.
17522 ##### Example
17524     typedef int (*PFI)(int);   // OK, but convoluted
17526     using PFI2 = int (*)(int);   // OK, preferred
17528     template<typename T>
17529     typedef int (*PFT)(T);      // error
17531     template<typename T>
17532     using PFT2 = int (*)(T);   // OK
17534 ##### Enforcement
17536 * Flag uses of `typedef`. This will give a lot of "hits" :-(
17538 ### <a name="Rt-deduce"></a>T.44: Use function templates to deduce class template argument types (where feasible)
17540 ##### Reason
17542 Writing the template argument types explicitly can be tedious and unnecessarily verbose.
17544 ##### Example
17546     tuple<int, string, double> t1 = {1, "Hamlet", 3.14};   // explicit type
17547     auto t2 = make_tuple(1, "Ophelia"s, 3.14);         // better; deduced type
17549 Note the use of the `s` suffix to ensure that the string is a `std::string`, rather than a C-style string.
17551 ##### Note
17553 Since you can trivially write a `make_T` function, so could the compiler. Thus, `make_T` functions may become redundant in the future.
17555 ##### Exception
17557 Sometimes there isn't a good way of getting the template arguments deduced and sometimes, you want to specify the arguments explicitly:
17559     vector<double> v = { 1, 2, 3, 7.9, 15.99 };
17560     list<Record*> lst;
17562 ##### Note
17564 Note that C++17 will make this rule redundant by allowing the template arguments to be deduced directly from constructor arguments:
17565 [Template parameter deduction for constructors (Rev. 3)](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0091r1.html).
17566 For example:
17568     tuple t1 = {1, "Hamlet"s, 3.14}; // deduced: tuple<int, string, double>
17570 ##### Enforcement
17572 Flag uses where an explicitly specialized type exactly matches the types of the arguments used.
17574 ### <a name="Rt-regular"></a>T.46: Require template arguments to be at least `Regular` or `SemiRegular`
17576 ##### Reason
17578  Readability.
17579  Preventing surprises and errors.
17580  Most uses support that anyway.
17582 ##### Example
17584     class X {
17585     public:
17586         explicit X(int);
17587         X(const X&);            // copy
17588         X operator=(const X&);
17589         X(X&&) noexcept;                 // move
17590         X& operator=(X&&) noexcept;
17591         ~X();
17592         // ... no more constructors ...
17593     };
17595     X x {1};    // fine
17596     X y = x;      // fine
17597     std::vector<X> v(10); // error: no default constructor
17599 ##### Note
17601 Semiregular requires default constructible.
17603 ##### Enforcement
17605 * Flag types that are not at least `SemiRegular`.
17607 ### <a name="Rt-visible"></a>T.47: Avoid highly visible unconstrained templates with common names
17609 ##### Reason
17611  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.
17612  This is particularly annoying/dangerous when ADL is used.
17613  Common names make this problem more likely.
17615 ##### Example
17617     namespace Bad {
17618         struct S { int m; };
17619         template<typename T1, typename T2>
17620         bool operator==(T1, T2) { cout << "Bad\n"; return true; }
17621     }
17623     namespace T0 {
17624         bool operator==(int, Bad::S) { cout << "T0\n"; return true; }  // compare to int
17626         void test()
17627         {
17628             Bad::S bad{ 1 };
17629             vector<int> v(10);
17630             bool b = 1 == bad;
17631             bool b2 = v.size() == bad;
17632         }
17633     }
17635 This prints `T0` and `Bad`.
17637 Now the `==` in `Bad` was designed to cause trouble, but would you have spotted the problem in real code?
17638 The problem is that `v.size()` returns an `unsigned` integer so that a conversion is needed to call the local `==`;
17639 the `==` in `Bad` requires no conversions.
17640 Realistic types, such as the standard-library iterators can be made to exhibit similar anti-social tendencies.
17642 ##### Note
17644 If an unconstrained template is defined in the same namespace as a type,
17645 that unconstrained template can be found by ADL (as happened in the example).
17646 That is, it is highly visible.
17648 ##### Note
17650 This rule should not be necessary, but the committee cannot agree to exclude unconstrained templated from ADL.
17652 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`.
17655 ##### Enforcement
17657 Flag templates defined in a namespace where concrete types are also defined (maybe not feasible until we have concepts).
17660 ### <a name="Rt-concept-def"></a>T.48: If your compiler does not support concepts, fake them with `enable_if`
17662 ##### Reason
17664 Because that's the best we can do without direct concept support.
17665 `enable_if` can be used to conditionally define functions and to select among a set of functions.
17667 ##### Example
17669     template <typename T>
17670     enable_if_t<is_integral_v<T>>
17671     f(T v)
17672     {
17673         // ...
17674     }
17676     // Equivalent to:
17677     template <Integral T>
17678     void f(T v)
17679     {
17680         // ...
17681     }
17683 ##### Note
17685 Beware of [complementary constraints](#Rt-not).
17686 Faking concept overloading using `enable_if` sometimes forces us to use that error-prone design technique.
17688 ##### Enforcement
17692 ### <a name="Rt-erasure"></a>T.49: Where possible, avoid type-erasure
17694 ##### Reason
17696 Type erasure incurs an extra level of indirection by hiding type information behind a separate compilation boundary.
17698 ##### Example
17700     ???
17702 **Exceptions**: Type erasure is sometimes appropriate, such as for `std::function`.
17704 ##### Enforcement
17709 ##### Note
17712 ## <a name="SS-temp-def"></a>T.def: Template definitions
17714 A template definition (class or function) can contain arbitrary code, so only a comprehensive review of C++ programming techniques would cover this topic.
17715 However, this section focuses on what is specific to template implementation.
17716 In particular, it focuses on a template definition's dependence on its context.
17718 ### <a name="Rt-depend"></a>T.60: Minimize a template's context dependencies
17720 ##### Reason
17722 Eases understanding.
17723 Minimizes errors from unexpected dependencies.
17724 Eases tool creation.
17726 ##### Example
17728     template<typename C>
17729     void sort(C& c)
17730     {
17731         std::sort(begin(c), end(c)); // necessary and useful dependency
17732     }
17734     template<typename Iter>
17735     Iter algo(Iter first, Iter last) {
17736         for (; first != last; ++first) {
17737             auto x = sqrt(*first); // potentially surprising dependency: which sqrt()?
17738             helper(first, x);      // potentially surprising dependency:
17739                                    // helper is chosen based on first and x
17740             TT var = 7;            // potentially surprising dependency: which TT?
17741         }
17742     }
17744 ##### Note
17746 Templates typically appear in header files so their context dependencies are more vulnerable to `#include` order dependencies than functions in `.cpp` files.
17748 ##### Note
17750 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.
17751 For example, an algorithm usually uses other algorithms and invoke operations that does not exclusively operate on arguments.
17752 And don't get us started on macros!
17754 **See also**: [T.69](#Rt-customization)
17756 ##### Enforcement
17758 ??? Tricky
17760 ### <a name="Rt-scary"></a>T.61: Do not over-parameterize members (SCARY)
17762 ##### Reason
17764 A member that does not depend on a template parameter cannot be used except for a specific template argument.
17765 This limits use and typically increases code size.
17767 ##### Example, bad
17769     template<typename T, typename A = std::allocator{}>
17770         // requires Regular<T> && Allocator<A>
17771     class List {
17772     public:
17773         struct Link {   // does not depend on A
17774             T elem;
17775             T* pre;
17776             T* suc;
17777         };
17779         using iterator = Link*;
17781         iterator first() const { return head; }
17783         // ...
17784     private:
17785         Link* head;
17786     };
17788     List<int> lst1;
17789     List<int, My_allocator> lst2;
17791 This looks innocent enough, but now `Link` formally depends on the allocator (even though it doesn't use the allocator). This forces redundant instantiations that can be surprisingly costly in some real-world scenarios.
17792 Typically, the solution is to make what would have been a nested class non-local, with its own minimal set of template parameters.
17794     template<typename T>
17795     struct Link {
17796         T elem;
17797         T* pre;
17798         T* suc;
17799     };
17801     template<typename T, typename A = std::allocator{}>
17802         // requires Regular<T> && Allocator<A>
17803     class List2 {
17804     public:
17805         using iterator = Link<T>*;
17807         iterator first() const { return head; }
17809         // ...
17810     private:
17811         Link* head;
17812     };
17814     List<int> lst1;
17815     List<int, My_allocator> lst2;
17817 Some people found the idea that the `Link` no longer was hidden inside the list scary, so we named the technique
17818 [SCARY](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/WG21/docs/papers/2009/n2911.pdf). From that academic paper:
17819 "The acronym SCARY describes assignments and initializations that are Seemingly erroneous (appearing Constrained by conflicting generic parameters), but Actually work with the Right implementation (unconstrained bY the conflict due to minimized dependencies)."
17821 ##### Enforcement
17823 * Flag member types that do not depend on every template argument
17824 * Flag member functions that do not depend on every template argument
17826 ### <a name="Rt-nondependent"></a>T.62: Place non-dependent class template members in a non-templated base class
17828 ##### Reason
17830  Allow the base class members to be used without specifying template arguments and without template instantiation.
17832 ##### Example
17834     template<typename T>
17835     class Foo {
17836     public:
17837         enum { v1, v2 };
17838         // ...
17839     };
17843     struct Foo_base {
17844         enum { v1, v2 };
17845         // ...
17846     };
17848     template<typename T>
17849     class Foo : public Foo_base {
17850     public:
17851         // ...
17852     };
17854 ##### Note
17856 A more general version of this rule would be
17857 "If a template class member depends on only N template parameters out of M, place it in a base class with only N parameters."
17858 For N == 1, we have a choice of a base class of a class in the surrounding scope as in [T.61](#Rt-scary).
17860 ??? What about constants? class statics?
17862 ##### Enforcement
17864 * Flag ???
17866 ### <a name="Rt-specialization"></a>T.64: Use specialization to provide alternative implementations of class templates
17868 ##### Reason
17870 A template defines a general interface.
17871 Specialization offers a powerful mechanism for providing alternative implementations of that interface.
17873 ##### Example
17875     ??? string specialization (==)
17877     ??? representation specialization ?
17879 ##### Note
17883 ##### Enforcement
17887 ### <a name="Rt-tag-dispatch"></a>T.65: Use tag dispatch to provide alternative implementations of a function
17889 ##### Reason
17891 * A template defines a general interface.
17892 * Tag dispatch allows us to select implementations based on specific properties of an argument type.
17893 * Performance.
17895 ##### Example
17897 This is a simplified version of `std::copy` (ignoring the possibility of non-contiguous sequences)
17899     struct pod_tag {};
17900     struct non_pod_tag {};
17902     template<class T> struct copy_trait { using tag = non_pod_tag; };   // T is not "plain old data"
17904     template<> struct copy_trait<int> { using tag = pod_tag; };         // int is "plain old data"
17906     template<class Iter>
17907     Out copy_helper(Iter first, Iter last, Iter out, pod_tag)
17908     {
17909         // use memmove
17910     }
17912     template<class Iter>
17913     Out copy_helper(Iter first, Iter last, Iter out, non_pod_tag)
17914     {
17915         // use loop calling copy constructors
17916     }
17918     template<class Itert>
17919     Out copy(Iter first, Iter last, Iter out)
17920     {
17921         return copy_helper(first, last, out, typename copy_trait<Iter>::tag{})
17922     }
17924     void use(vector<int>& vi, vector<int>& vi2, vector<string>& vs, vector<string>& vs2)
17925     {
17926         copy(vi.begin(), vi.end(), vi2.begin()); // uses memmove
17927         copy(vs.begin(), vs.end(), vs2.begin()); // uses a loop calling copy constructors
17928     }
17930 This is a general and powerful technique for compile-time algorithm selection.
17932 ##### Note
17934 When `concept`s become widely available such alternatives can be distinguished directly:
17936     template<class Iter>
17937         requires Pod<Value_type<iter>>
17938     Out copy_helper(In, first, In last, Out out)
17939     {
17940         // use memmove
17941     }
17943     template<class Iter>
17944     Out copy_helper(In, first, In last, Out out)
17945     {
17946         // use loop calling copy constructors
17947     }
17949 ##### Enforcement
17954 ### <a name="Rt-specialization2"></a>T.67: Use specialization to provide alternative implementations for irregular types
17956 ##### Reason
17958  ???
17960 ##### Example
17962     ???
17964 ##### Enforcement
17968 ### <a name="Rt-cast"></a>T.68: Use `{}` rather than `()` within templates to avoid ambiguities
17970 ##### Reason
17972  `()` is vulnerable to grammar ambiguities.
17974 ##### Example
17976     template<typename T, typename U>
17977     void f(T t, U u)
17978     {
17979         T v1(x);    // is v1 a function or a variable?
17980         T v2 {x};   // variable
17981         auto x = T(u);  // construction or cast?
17982     }
17984     f(1, "asdf"); // bad: cast from const char* to int
17986 ##### Enforcement
17988 * flag `()` initializers
17989 * flag function-style casts
17992 ### <a name="Rt-customization"></a>T.69: Inside a template, don't make an unqualified non-member function call unless you intend it to be a customization point
17994 ##### Reason
17996 * Provide only intended flexibility.
17997 * Avoid vulnerability to accidental environmental changes.
17999 ##### Example
18001 There are three major ways to let calling code customize a template.
18003     template<class T>
18004         // Call a member function
18005     void test1(T t)
18006     {
18007         t.f();    // require T to provide f()
18008     }
18010     template<class T>
18011     void test2(T t)
18012         // Call a non-member function without qualification
18013     {
18014         f(t);  // require f(/*T*/) be available in caller's scope or in T's namespace
18015     }
18017     template<class T>
18018     void test3(T t)
18019         // Invoke a "trait"
18020     {
18021         test_traits<T>::f(t); // require customizing test_traits<>
18022                               // to get non-default functions/types
18023     }
18025 A trait is usually a type alias to compute a type,
18026 a `constexpr` function to compute a value,
18027 or a traditional traits template to be specialized on the user's type.
18029 ##### Note
18031 If you intend to call your own helper function `helper(t)` with a value `t` that depends on a template type parameter,
18032 put it in a `::detail` namespace and qualify the call as `detail::helper(t);`.
18033 An unqualified call becomes a customization point where any function `helper` in the namespace of `t`'s type can be invoked;
18034 this can cause problems like [unintentionally invoking unconstrained function templates](#Rt-visible).
18037 ##### Enforcement
18039 * In a template, flag an unqualified call to a non-member function that passes a variable of dependent type when there is a non-member function of the same name in the template's namespace.
18042 ## <a name="SS-temp-hier"></a>T.temp-hier: Template and hierarchy rules:
18044 Templates are the backbone of C++'s support for generic programming and class hierarchies the backbone of its support
18045 for object-oriented programming.
18046 The two language mechanisms can be used effectively in combination, but a few design pitfalls must be avoided.
18048 ### <a name="Rt-hier"></a>T.80: Do not naively templatize a class hierarchy
18050 ##### Reason
18052 Templating a class hierarchy that has many functions, especially many virtual functions, can lead to code bloat.
18054 ##### Example, bad
18056     template<typename T>
18057     struct Container {         // an interface
18058         virtual T* get(int i);
18059         virtual T* first();
18060         virtual T* next();
18061         virtual void sort();
18062     };
18064     template<typename T>
18065     class Vector : public Container<T> {
18066     public:
18067         // ...
18068     };
18070     Vector<int> vi;
18071     Vector<string> vs;
18073 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.
18075 Given this, the compiler cannot know if `vector<int>::sort()` is called, so it must generate code for it.
18076 Similar for `vector<string>::sort()`.
18077 Unless those two functions are called that's code bloat.
18078 Imagine what this would do to a class hierarchy with dozens of member functions and dozens of derived classes with many instantiations.
18080 ##### Note
18082 In many cases you can provide a stable interface by not parameterizing a base;
18083 see ["stable base"](#Rt-abi) and [OO and GP](#Rt-generic-oo)
18085 ##### Enforcement
18087 * Flag virtual functions that depend on a template argument. ??? False positives
18089 ### <a name="Rt-array"></a>T.81: Do not mix hierarchies and arrays
18091 ##### Reason
18093 An array of derived classes can implicitly "decay" to a pointer to a base class with potential disastrous results.
18095 ##### Example
18097 Assume that `Apple` and `Pear` are two kinds of `Fruit`s.
18099     void maul(Fruit* p)
18100     {
18101         *p = Pear{};     // put a Pear into *p
18102         p[1] = Pear{};   // put a Pear into p[1]
18103     }
18105     Apple aa [] = { an_apple, another_apple };   // aa contains Apples (obviously!)
18107     maul(aa);
18108     Apple& a0 = &aa[0];   // a Pear?
18109     Apple& a1 = &aa[1];   // a Pear?
18111 Probably, `aa[0]` will be a `Pear` (without the use of a cast!).
18112 If `sizeof(Apple) != sizeof(Pear)` the access to `aa[1]` will not be aligned to the proper start of an object in the array.
18113 We have a type violation and possibly (probably) a memory corruption.
18114 Never write such code.
18116 Note that `maul()` violates the a [`T*` points to an individual object rule](#Rf-ptr).
18118 **Alternative**: Use a proper (templatized) container:
18120     void maul2(Fruit* p)
18121     {
18122         *p = Pear{};   // put a Pear into *p
18123     }
18125     vector<Apple> va = { an_apple, another_apple };   // va contains Apples (obviously!)
18127     maul2(va);       // error: cannot convert a vector<Apple> to a Fruit*
18128     maul2(&va[0]);   // you asked for it
18130     Apple& a0 = &va[0];   // a Pear?
18132 Note that the assignment in `maul2()` violated the [no-slicing rule](#Res-slice).
18134 ##### Enforcement
18136 * Detect this horror!
18138 ### <a name="Rt-linear"></a>T.82: Linearize a hierarchy when virtual functions are undesirable
18140 ##### Reason
18142  ???
18144 ##### Example
18146     ???
18148 ##### Enforcement
18152 ### <a name="Rt-virtual"></a>T.83: Do not declare a member function template virtual
18154 ##### Reason
18156 C++ does not support that.
18157 If it did, vtbls could not be generated until link time.
18158 And in general, implementations must deal with dynamic linking.
18160 ##### Example, don't
18162     class Shape {
18163         // ...
18164         template<class T>
18165         virtual bool intersect(T* p);   // error: template cannot be virtual
18166     };
18168 ##### Note
18170 We need a rule because people keep asking about this
18172 ##### Alternative
18174 Double dispatch, visitors, calculate which function to call
18176 ##### Enforcement
18178 The compiler handles that.
18180 ### <a name="Rt-abi"></a>T.84: Use a non-template core implementation to provide an ABI-stable interface
18182 ##### Reason
18184 Improve stability of code.
18185 Avoid code bloat.
18187 ##### Example
18189 It could be a base class:
18191     struct Link_base {   // stable
18192         Link_base* suc;
18193         Link_base* pre;
18194     };
18196     template<typename T>   // templated wrapper to add type safety
18197     struct Link : Link_base {
18198         T val;
18199     };
18201     struct List_base {
18202         Link_base* first;   // first element (if any)
18203         int sz;             // number of elements
18204         void add_front(Link_base* p);
18205         // ...
18206     };
18208     template<typename T>
18209     class List : List_base {
18210     public:
18211         void put_front(const T& e) { add_front(new Link<T>{e}); }   // implicit cast to Link_base
18212         T& front() { static_cast<Link<T>*>(first).val; }   // explicit cast back to Link<T>
18213         // ...
18214     };
18216     List<int> li;
18217     List<string> ls;
18219 Now there is only one copy of the operations linking and unlinking elements of a `List`.
18220 The `Link` and `List` classes do nothing but type manipulation.
18222 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.
18224 **Alternative**: Use a [Pimpl](#Ri-pimpl) implementation.
18226 ##### Enforcement
18230 ## <a name="SS-variadic"></a>T.var: Variadic template rules
18234 ### <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
18236 ##### Reason
18238 Variadic templates is the most general mechanism for that, and is both efficient and type-safe. Don't use C varargs.
18240 ##### Example
18242     ??? printf
18244 ##### Enforcement
18246 * Flag uses of `va_arg` in user code.
18248 ### <a name="Rt-variadic-pass"></a>T.101: ??? How to pass arguments to a variadic template ???
18250 ##### Reason
18252  ???
18254 ##### Example
18256     ??? beware of move-only and reference arguments
18258 ##### Enforcement
18262 ### <a name="Rt-variadic-process"></a>T.102: How to process arguments to a variadic template
18264 ##### Reason
18266  ???
18268 ##### Example
18270     ??? forwarding, type checking, references
18272 ##### Enforcement
18276 ### <a name="Rt-variadic-not"></a>T.103: Don't use variadic templates for homogeneous argument lists
18278 ##### Reason
18280 There are more precise ways of specifying a homogeneous sequence, such as an `initializer_list`.
18282 ##### Example
18284     ???
18286 ##### Enforcement
18290 ## <a name="SS-meta"></a>T.meta: Template metaprogramming (TMP)
18292 Templates provide a general mechanism for compile-time programming.
18294 Metaprogramming is programming where at least one input or one result is a type.
18295 Templates offer Turing-complete (modulo memory capacity) duck typing at compile time.
18296 The syntax and techniques needed are pretty horrendous.
18298 ### <a name="Rt-metameta"></a>T.120: Use template metaprogramming only when you really need to
18300 ##### Reason
18302 Template metaprogramming is hard to get right, slows down compilation, and is often very hard to maintain.
18303 However, there are real-world examples where template metaprogramming provides better performance than any alternative short of expert-level assembly code.
18304 Also, there are real-world examples where template metaprogramming expresses the fundamental ideas better than run-time code.
18305 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++.
18307 ##### Example, bad
18309     ???
18311 ##### Example, bad
18313     enable_if
18315 Instead, use concepts. But see [How to emulate concepts if you don't have language support](#Rt-emulate).
18317 ##### Example
18319     ??? good
18321 **Alternative**: If the result is a value, rather than a type, use a [`constexpr` function](#Rt-fct).
18323 ##### Note
18325 If you feel the need to hide your template metaprogramming in macros, you have probably gone too far.
18327 ### <a name="Rt-emulate"></a>T.121: Use template metaprogramming primarily to emulate concepts
18329 ##### Reason
18331 Until concepts become generally available, we need to emulate them using TMP.
18332 Use cases that require concepts (e.g. overloading based on concepts) are among the most common (and simple) uses of TMP.
18334 ##### Example
18336     template<typename Iter>
18337         /*requires*/ enable_if<random_access_iterator<Iter>, void>
18338     advance(Iter p, int n) { p += n; }
18340     template<typename Iter>
18341         /*requires*/ enable_if<forward_iterator<Iter>, void>
18342     advance(Iter p, int n) { assert(n >= 0); while (n--) ++p;}
18344 ##### Note
18346 Such code is much simpler using concepts:
18348     void advance(RandomAccessIterator p, int n) { p += n; }
18350     void advance(ForwardIterator p, int n) { assert(n >= 0); while (n--) ++p;}
18352 ##### Enforcement
18356 ### <a name="Rt-tmp"></a>T.122: Use templates (usually template aliases) to compute types at compile time
18358 ##### Reason
18360 Template metaprogramming is the only directly supported and half-way principled way of generating types at compile time.
18362 ##### Note
18364 "Traits" techniques are mostly replaced by template aliases to compute types and `constexpr` functions to compute values.
18366 ##### Example
18368     ??? big object / small object optimization
18370 ##### Enforcement
18374 ### <a name="Rt-fct"></a>T.123: Use `constexpr` functions to compute values at compile time
18376 ##### Reason
18378 A function is the most obvious and conventional way of expressing the computation of a value.
18379 Often a `constexpr` function implies less compile-time overhead than alternatives.
18381 ##### Note
18383 "Traits" techniques are mostly replaced by template aliases to compute types and `constexpr` functions to compute values.
18385 ##### Example
18387     template<typename T>
18388         // requires Number<T>
18389     constexpr T pow(T v, int n)   // power/exponential
18390     {
18391         T res = 1;
18392         while (n--) res *= v;
18393         return res;
18394     }
18396     constexpr auto f7 = pow(pi, 7);
18398 ##### Enforcement
18400 * Flag template metaprograms yielding a value. These should be replaced with `constexpr` functions.
18402 ### <a name="Rt-std-tmp"></a>T.124: Prefer to use standard-library TMP facilities
18404 ##### Reason
18406 Facilities defined in the standard, such as `conditional`, `enable_if`, and `tuple`, are portable and can be assumed to be known.
18408 ##### Example
18410     ???
18412 ##### Enforcement
18416 ### <a name="Rt-lib"></a>T.125: If you need to go beyond the standard-library TMP facilities, use an existing library
18418 ##### Reason
18420 Getting advanced TMP facilities is not easy and using a library makes you part of a (hopefully supportive) community.
18421 Write your own "advanced TMP support" only if you really have to.
18423 ##### Example
18425     ???
18427 ##### Enforcement
18431 ## <a name="SS-temp-other"></a>Other template rules
18433 ### <a name="Rt-name"></a>T.140: Name all operations with potential for reuse
18435 ##### Reason
18437 Documentation, readability, opportunity for reuse.
18439 ##### Example
18441     struct Rec {
18442         string name;
18443         string addr;
18444         int id;         // unique identifier
18445     };
18447     bool same(const Rec& a, const Rec& b)
18448     {
18449         return a.id == b.id;
18450     }
18452     vector<Rec*> find_id(const string& name);    // find all records for "name"
18454     auto x = find_if(vr.begin(), vr.end(),
18455         [&](Rec& r) {
18456             if (r.name.size() != n.size()) return false; // name to compare to is in n
18457             for (int i = 0; i < r.name.size(); ++i)
18458                 if (tolower(r.name[i]) != tolower(n[i])) return false;
18459             return true;
18460         }
18461     );
18463 There is a useful function lurking here (case insensitive string comparison), as there often is when lambda arguments get large.
18465     bool compare_insensitive(const string& a, const string& b)
18466     {
18467         if (a.size() != b.size()) return false;
18468         for (int i = 0; i < a.size(); ++i) if (tolower(a[i]) != tolower(b[i])) return false;
18469         return true;
18470     }
18472     auto x = find_if(vr.begin(), vr.end(),
18473         [&](Rec& r) { compare_insensitive(r.name, n); }
18474     );
18476 Or maybe (if you prefer to avoid the implicit name binding to n):
18478     auto cmp_to_n = [&n](const string& a) { return compare_insensitive(a, n); };
18480     auto x = find_if(vr.begin(), vr.end(),
18481         [](const Rec& r) { return cmp_to_n(r.name); }
18482     );
18484 ##### Note
18486 whether functions, lambdas, or operators.
18488 ##### Exception
18490 * Lambdas logically used only locally, such as an argument to `for_each` and similar control flow algorithms.
18491 * Lambdas as [initializers](#???)
18493 ##### Enforcement
18495 * (hard) flag similar lambdas
18496 * ???
18498 ### <a name="Rt-lambda"></a>T.141: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only
18500 ##### Reason
18502 That makes the code concise and gives better locality than alternatives.
18504 ##### Example
18506     auto earlyUsersEnd = std::remove_if(users.begin(), users.end(),
18507                                         [](const User &a) { return a.id > 100; });
18510 ##### Exception
18512 Naming a lambda can be useful for clarity even if it is used only once.
18514 ##### Enforcement
18516 * Look for identical and near identical lambdas (to be replaced with named functions or named lambdas).
18518 ### <a name="Rt-var"></a>T.142?: Use template variables to simplify notation
18520 ##### Reason
18522 Improved readability.
18524 ##### Example
18526     ???
18528 ##### Enforcement
18532 ### <a name="Rt-non-generic"></a>T.143: Don't write unintentionally non-generic code
18534 ##### Reason
18536 Generality. Reusability. Don't gratuitously commit to details; use the most general facilities available.
18538 ##### Example
18540 Use `!=` instead of `<` to compare iterators; `!=` works for more objects because it doesn't rely on ordering.
18542     for (auto i = first; i < last; ++i) {   // less generic
18543         // ...
18544     }
18546     for (auto i = first; i != last; ++i) {   // good; more generic
18547         // ...
18548     }
18550 Of course, range-`for` is better still where it does what you want.
18552 ##### Example
18554 Use the least-derived class that has the functionality you need.
18556     class Base {
18557     public:
18558         Bar f();
18559         Bar g();
18560     };
18562     class Derived1 : public Base {
18563     public:
18564         Bar h();
18565     };
18567     class Derived2 : public Base {
18568     public:
18569         Bar j();
18570     };
18572     // bad, unless there is a specific reason for limiting to Derived1 objects only
18573     void my_func(Derived1& param)
18574     {
18575         use(param.f());
18576         use(param.g());
18577     }
18579     // good, uses only Base interface so only commit to that
18580     void my_func(Base& param)
18581     {
18582         use(param.f());
18583         use(param.g());
18584     }
18586 ##### Enforcement
18588 * Flag comparison of iterators using `<` instead of `!=`.
18589 * 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.
18590 * Flag functions that take a pointer or reference to a more-derived type but only use functions declared in a base type.
18592 ### <a name="Rt-specialize-function"></a>T.144: Don't specialize function templates
18594 ##### Reason
18596 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.
18598 ##### Example
18600     ???
18602 **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).
18604 ##### Enforcement
18606 * Flag all specializations of a function template. Overload instead.
18609 ### <a name="Rt-check-class"></a>T.150: Check that a class matches a concept using `static_assert`
18611 ##### Reason
18613 If you intend for a class to match a concept, verifying that early saves users pain.
18615 ##### Example
18617     class X {
18618     public:
18619         X() = delete;
18620         X(const X&) = default;
18621         X(X&&) = default;
18622         X& operator=(const X&) = default;
18623         // ...
18624     };
18626 Somewhere, possibly in an implementation file, let the compiler check the desired properties of `X`:
18628     static_assert(Default_constructible<X>);    // error: X has no default constructor
18629     static_assert(Copyable<X>);                 // error: we forgot to define X's move constructor
18632 ##### Enforcement
18634 Not feasible.
18636 # <a name="S-cpl"></a>CPL: C-style programming
18638 C and C++ are closely related languages.
18639 They both originate in "Classic C" from 1978 and have evolved in ISO committees since then.
18640 Many attempts have been made to keep them compatible, but neither is a subset of the other.
18642 C rule summary:
18644 * [CPL.1: Prefer C++ to C](#Rcpl-C)
18645 * [CPL.2: If you must use C, use the common subset of C and C++, and compile the C code as C++](#Rcpl-subset)
18646 * [CPL.3: If you must use C for interfaces, use C++ in the calling code using such interfaces](#Rcpl-interface)
18648 ### <a name="Rcpl-C"></a>CPL.1: Prefer C++ to C
18650 ##### Reason
18652 C++ provides better type checking and more notational support.
18653 It provides better support for high-level programming and often generates faster code.
18655 ##### Example
18657     char ch = 7;
18658     void* pv = &ch;
18659     int* pi = pv;   // not C++
18660     *pi = 999;      // overwrite sizeof(int) bytes near &ch
18662 The rules for implicit casting to and from `void*` in C are subtle and unenforced.
18663 In particular, this example violates a rule against converting to a type with stricter alignment.
18665 ##### Enforcement
18667 Use a C++ compiler.
18669 ### <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++
18671 ##### Reason
18673 That subset can be compiled with both C and C++ compilers, and when compiled as C++ is better type checked than "pure C."
18675 ##### Example
18677     int* p1 = malloc(10 * sizeof(int));                      // not C++
18678     int* p2 = static_cast<int*>(malloc(10 * sizeof(int)));   // not C, C-style C++
18679     int* p3 = new int[10];                                   // not C
18680     int* p4 = (int*) malloc(10 * sizeof(int));               // both C and C++
18682 ##### Enforcement
18684 * Flag if using a build mode that compiles code as C.
18686   * The C++ compiler will enforce that the code is valid C++ unless you use C extension options.
18688 ### <a name="Rcpl-interface"></a>CPL.3: If you must use C for interfaces, use C++ in the calling code using such interfaces
18690 ##### Reason
18692 C++ is more expressive than C and offers better support for many types of programming.
18694 ##### Example
18696 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.
18697 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.
18699 ##### Example
18701 You can call C from C++:
18703     // in C:
18704     double sqrt(double);
18706     // in C++:
18707     extern "C" double sqrt(double);
18709     sqrt(2);
18711 ##### Example
18713 You can call C++ from C:
18715     // in C:
18716     X call_f(struct Y*, int);
18718     // in C++:
18719     extern "C" X call_f(Y* p, int i)
18720     {
18721         return p->f(i);   // possibly a virtual function call
18722     }
18724 ##### Enforcement
18726 None needed
18728 # <a name="S-source"></a>SF: Source files
18730 Distinguish between declarations (used as interfaces) and definitions (used as implementations).
18731 Use header files to represent interfaces and to emphasize logical structure.
18733 Source file rule summary:
18735 * [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)
18736 * [SF.2: A `.h` file may not contain object definitions or non-inline function definitions](#Rs-inline)
18737 * [SF.3: Use `.h` files for all declarations used in multiple source files](#Rs-declaration-header)
18738 * [SF.4: Include `.h` files before other declarations in a file](#Rs-include-order)
18739 * [SF.5: A `.cpp` file must include the `.h` file(s) that defines its interface](#Rs-consistency)
18740 * [SF.6: Use `using namespace` directives for transition, for foundation libraries (such as `std`), or within a local scope (only)](#Rs-using)
18741 * [SF.7: Don't write `using namespace` at global scope in a header file](#Rs-using-directive)
18742 * [SF.8: Use `#include` guards for all `.h` files](#Rs-guards)
18743 * [SF.9: Avoid cyclic dependencies among source files](#Rs-cycles)
18744 * [SF.10: Avoid dependencies on implicitly `#include`d names](#Rs-implicit)
18745 * [SF.11: Header files should be self-contained](#Rs-contained)
18746 * [SF.12: Prefer the angle bracket form of `#include` where you can and the quoted form everywhere else](#Rs-incform)
18748 * [SF.20: Use `namespace`s to express logical structure](#Rs-namespace)
18749 * [SF.21: Don't use an unnamed (anonymous) namespace in a header](#Rs-unnamed)
18750 * [SF.22: Use an unnamed (anonymous) namespace for all internal/non-exported entities](#Rs-unnamed2)
18752 ### <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
18754 ##### Reason
18756 It's a longstanding convention.
18757 But consistency is more important, so if your project uses something else, follow that.
18759 ##### Note
18761 This convention reflects a common use pattern:
18762 Headers are more often shared with C to compile as both C++ and C, which typically uses `.h`,
18763 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.
18764 On the other hand, implementation files are rarely shared with C and so should typically be distinguished from `.c` files,
18765 so it's normally best to name all C++ implementation files something else (such as `.cpp`).
18767 The specific names `.h` and `.cpp` are not required (just recommended as a default) and other names are in widespread use.
18768 Examples are `.hh`, `.C`, and `.cxx`. Use such names equivalently.
18769 In this document, we refer to `.h` and `.cpp` as a shorthand for header and implementation files,
18770 even though the actual extension may be different.
18772 Your IDE (if you use one) may have strong opinions about suffixes.
18774 ##### Example
18776     // foo.h:
18777     extern int a;   // a declaration
18778     extern void foo();
18780     // foo.cpp:
18781     int a;   // a definition
18782     void foo() { ++a; }
18784 `foo.h` provides the interface to `foo.cpp`. Global variables are best avoided.
18786 ##### Example, bad
18788     // foo.h:
18789     int a;   // a definition
18790     void foo() { ++a; }
18792 `#include <foo.h>` twice in a program and you get a linker error for two one-definition-rule violations.
18794 ##### Enforcement
18796 * Flag non-conventional file names.
18797 * Check that `.h` and `.cpp` (and equivalents) follow the rules below.
18799 ### <a name="Rs-inline"></a>SF.2: A `.h` file may not contain object definitions or non-inline function definitions
18801 ##### Reason
18803 Including entities subject to the one-definition rule leads to linkage errors.
18805 ##### Example
18807     // file.h:
18808     namespace Foo {
18809         int x = 7;
18810         int xx() { return x+x; }
18811     }
18813     // file1.cpp:
18814     #include <file.h>
18815     // ... more ...
18817      // file2.cpp:
18818     #include <file.h>
18819     // ... more ...
18821 Linking `file1.cpp` and `file2.cpp` will give two linker errors.
18823 **Alternative formulation**: A `.h` file must contain only:
18825 * `#include`s of other `.h` files (possibly with include guards)
18826 * templates
18827 * class definitions
18828 * function declarations
18829 * `extern` declarations
18830 * `inline` function definitions
18831 * `constexpr` definitions
18832 * `const` definitions
18833 * `using` alias definitions
18834 * ???
18836 ##### Enforcement
18838 Check the positive list above.
18840 ### <a name="Rs-declaration-header"></a>SF.3: Use `.h` files for all declarations used in multiple source files
18842 ##### Reason
18844 Maintainability. Readability.
18846 ##### Example, bad
18848     // bar.cpp:
18849     void bar() { cout << "bar\n"; }
18851     // foo.cpp:
18852     extern void bar();
18853     void foo() { bar(); }
18855 A maintainer of `bar` cannot find all declarations of `bar` if its type needs changing.
18856 The user of `bar` cannot know if the interface used is complete and correct. At best, error messages come (late) from the linker.
18858 ##### Enforcement
18860 * Flag declarations of entities in other source files not placed in a `.h`.
18862 ### <a name="Rs-include-order"></a>SF.4: Include `.h` files before other declarations in a file
18864 ##### Reason
18866 Minimize context dependencies and increase readability.
18868 ##### Example
18870     #include <vector>
18871     #include <algorithm>
18872     #include <string>
18874     // ... my code here ...
18876 ##### Example, bad
18878     #include <vector>
18880     // ... my code here ...
18882     #include <algorithm>
18883     #include <string>
18885 ##### Note
18887 This applies to both `.h` and `.cpp` files.
18889 ##### Note
18891 There is an argument for insulating code from declarations and macros in header files by `#including` headers *after* the code we want to protect
18892 (as in the example labeled "bad").
18893 However
18895 * that only works for one file (at one level): Use that technique in a header included with other headers and the vulnerability reappears.
18896 * a namespace (an "implementation namespace") can protect against many context dependencies.
18897 * full protection and flexibility require modules.
18899 **See also**:
18901 * [Working Draft, Extensions to C++ for Modules](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4592.pdf)
18902 * [Modules, Componentization, and Transition](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0141r0.pdf)
18904 ##### Enforcement
18906 Easy.
18908 ### <a name="Rs-consistency"></a>SF.5: A `.cpp` file must include the `.h` file(s) that defines its interface
18910 ##### Reason
18912 This enables the compiler to do an early consistency check.
18914 ##### Example, bad
18916     // foo.h:
18917     void foo(int);
18918     int bar(long);
18919     int foobar(int);
18921     // foo.cpp:
18922     void foo(int) { /* ... */ }
18923     int bar(double) { /* ... */ }
18924     double foobar(int);
18926 The errors will not be caught until link time for a program calling `bar` or `foobar`.
18928 ##### Example
18930     // foo.h:
18931     void foo(int);
18932     int bar(long);
18933     int foobar(int);
18935     // foo.cpp:
18936     #include <foo.h>
18938     void foo(int) { /* ... */ }
18939     int bar(double) { /* ... */ }
18940     double foobar(int);   // error: wrong return type
18942 The return-type error for `foobar` is now caught immediately when `foo.cpp` is compiled.
18943 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.
18945 ##### Enforcement
18949 ### <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)
18951 ##### Reason
18953  `using namespace` can lead to name clashes, so it should be used sparingly.
18954  However, it is not always possible to qualify every name from a namespace in user code (e.g., during transition)
18955  and sometimes a namespace is so fundamental and prevalent in a code base, that consistent qualification would be verbose and distracting.
18957 ##### Example
18959     #include <string>
18960     #include <vector>
18961     #include <iostream>
18962     #include <memory>
18963     #include <algorithm>
18965     using namespace std;
18967     // ...
18969 Here (obviously), the standard library is used pervasively and apparently no other library is used, so requiring `std::` everywhere
18970 could be distracting.
18972 ##### Example
18974 The use of `using namespace std;` leaves the programmer open to a name clash with a name from the standard library
18976     #include <cmath>
18977     using namespace std;
18979     int g(int x)
18980     {
18981         int sqrt = 7;
18982         // ...
18983         return sqrt(x); // error
18984     }
18986 However, this is not particularly likely to lead to a resolution that is not an error and
18987 people who use `using namespace std` are supposed to know about `std` and about this risk.
18989 ##### Note
18991 A `.cpp` file is a form of local scope.
18992 There is little difference in the opportunities for name clashes in an N-line `.cpp` containing a `using namespace X`,
18993 an N-line function containing a `using namespace X`,
18994 and M functions each containing a `using namespace X`with N lines of code in total.
18996 ##### Note
18998 [Don't write `using namespace` in a header file](#Rs-using-directive).
19000 ##### Enforcement
19002 Flag multiple `using namespace` directives for different namespaces in a single source file.
19004 ### <a name="Rs-using-directive"></a>SF.7: Don't write `using namespace` at global scope in a header file
19006 ##### Reason
19008 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.
19010 ##### Example
19012     // bad.h
19013     #include <iostream>
19014     using namespace std; // bad
19016     // user.cpp
19017     #include "bad.h"
19019     bool copy(/*... some parameters ...*/);    // some function that happens to be named copy
19021     int main() {
19022         copy(/*...*/);    // now overloads local ::copy and std::copy, could be ambiguous
19023     }
19025 ##### Note
19027 An exception is `using namespace std::literals;`. This is necessary to use string literals
19028 in header files and given [the rules](http://eel.is/c++draft/over.literal) - users are required
19029 to name their own UDLs `operator""_x` - they will not collide with the standard library.
19031 ##### Enforcement
19033 Flag `using namespace` at global scope in a header file.
19035 ### <a name="Rs-guards"></a>SF.8: Use `#include` guards for all `.h` files
19037 ##### Reason
19039 To avoid files being `#include`d several times.
19041 In order to avoid include guard collisions, do not just name the guard after the filename.
19042 Be sure to also include a key and good differentiator, such as the name of library or component
19043 the header file is part of.
19045 ##### Example
19047     // file foobar.h:
19048     #ifndef LIBRARY_FOOBAR_H
19049     #define LIBRARY_FOOBAR_H
19050     // ... declarations ...
19051     #endif // LIBRARY_FOOBAR_H
19053 ##### Enforcement
19055 Flag `.h` files without `#include` guards.
19057 ##### Note
19059 Some implementations offer vendor extensions like `#pragma once` as alternative to include guards.
19060 It is not standard and it is not portable.  It injects the hosting machine's filesystem semantics
19061 into your program, in addition to locking you down to a vendor.
19062 Our recommendation is to write in ISO C++: See [rule P.2](#Rp-Cplusplus).
19064 ### <a name="Rs-cycles"></a>SF.9: Avoid cyclic dependencies among source files
19066 ##### Reason
19068 Cycles complicate comprehension and slow down compilation. They also
19069 complicate conversion to use language-supported modules (when they become
19070 available).
19072 ##### Note
19074 Eliminate cycles; don't just break them with `#include` guards.
19076 ##### Example, bad
19078     // file1.h:
19079     #include "file2.h"
19081     // file2.h:
19082     #include "file3.h"
19084     // file3.h:
19085     #include "file1.h"
19087 ##### Enforcement
19089 Flag all cycles.
19092 ### <a name="Rs-implicit"></a>SF.10: Avoid dependencies on implicitly `#include`d names
19094 ##### Reason
19096 Avoid surprises.
19097 Avoid having to change `#include`s if an `#include`d header changes.
19098 Avoid accidentally becoming dependent on implementation details and logically separate entities included in a header.
19100 ##### Example
19102     #include <iostream>
19103     using namespace std;
19105     void use()                  // bad
19106     {
19107         string s;
19108         cin >> s;               // fine
19109         getline(cin, s);        // error: getline() not defined
19110         if (s == "surprise") {  // error == not defined
19111             // ...
19112         }
19113     }
19115 `<iostream>` exposes the definition of `std::string` ("why?" makes for a fun trivia question),
19116 but it is not required to do so by transitively including the entire `<string>` header,
19117 resulting in the popular beginner question "why doesn't `getline(cin,s);` work?"
19118 or even an occasional "`string`s cannot be compared with `==`).
19120 The solution is to explicitly `#include <string>`:
19122     #include <iostream>
19123     #include <string>
19124     using namespace std;
19126     void use()
19127     {
19128         string s;
19129         cin >> s;               // fine
19130         getline(cin, s);        // fine
19131         if (s == "surprise") {  // fine
19132             // ...
19133         }
19134     }
19136 ##### Note
19138 Some headers exist exactly to collect a set of consistent declarations from a variety of headers.
19139 For example:
19141     // basic_std_lib.h:
19143     #include <string>
19144     #include <map>
19145     #include <iostream>
19146     #include <random>
19147     #include <vector>
19149 a user can now get that set of declarations with a single `#include`"
19151     #include "basic_std_lib.h"
19153 This rule against implicit inclusion is not meant to prevent such deliberate aggregation.
19155 ##### Enforcement
19157 Enforcement would require some knowledge about what in a header is meant to be "exported" to users and what is there to enable implementation.
19158 No really good solution is possible until we have modules.
19160 ### <a name="Rs-contained"></a>SF.11: Header files should be self-contained
19162 ##### Reason
19164 Usability, headers should be simple to use and work when included on their own.
19165 Headers should encapsulate the functionality they provide.
19166 Avoid clients of a header having to manage that header's dependencies.
19168 ##### Example
19170     #include "helpers.h"
19171     // helpers.h depends on std::string and includes <string>
19173 ##### Note
19175 Failing to follow this results in difficult to diagnose errors for clients of a header.
19177 ##### Note
19179 A header should include all its dependencies. Be careful about using relative paths because C++ implementations diverge on their meaning.
19181 ##### Enforcement
19183 A test should verify that the header file itself compiles or that a cpp file which only includes the header file compiles.
19185 ### <a name="Rs-incform"></a>SF.12: Prefer the angle bracket form of `#include` where you can and the quoted form everywhere else
19187 ##### Reason
19189 The [standard](http://eel.is/c++draft/cpp.include) provides flexibility for compilers to implement
19190 the two forms of `#include` selected using the angle (`<>`) or quoted (`""`) syntax. Vendors take
19191 advantage of this and use different search algorithms and methods for specifying the include path.
19193 Nevertheless, the guidance is to use the angle form when possible. This supports the fact that the
19194 standard library headers must be included this way, is more likely to create portable code, and enables
19195 the quoted form for other uses. For example being clear about the locality of the header relative
19196 to files that includes it or in scenarios where the different search algorithm is required.
19198 ##### Example
19200     #include <string>       // From the standard library, required form
19201     #include "helpers.h"    // A project specific file, use "" form
19203 ##### Note
19204 Failing to follow this results in difficult to diagnose errors due to picking up the wrong file by incorrectly specifying the scope when it is included.
19206 Library creators should put their headers in a folder and have clients include those files using the relative path `#include <some_library/common.h>`
19208 ##### Enforcement
19210 A test should identify headers referenced via `""` could be referenced with `<>`.
19212 ### <a name="Rs-namespace"></a>SF.20: Use `namespace`s to express logical structure
19214 ##### Reason
19216  ???
19218 ##### Example
19220     ???
19222 ##### Enforcement
19226 ### <a name="Rs-unnamed"></a>SF.21: Don't use an unnamed (anonymous) namespace in a header
19228 ##### Reason
19230 It is almost always a bug to mention an unnamed namespace in a header file.
19232 ##### Example
19234     ???
19236 ##### Enforcement
19238 * Flag any use of an anonymous namespace in a header file.
19240 ### <a name="Rs-unnamed2"></a>SF.22: Use an unnamed (anonymous) namespace for all internal/non-exported entities
19242 ##### Reason
19244 Nothing external can depend on an entity in a nested unnamed namespace.
19245 Consider putting every definition in an implementation source file in an unnamed namespace unless that is defining an "external/exported" entity.
19247 ##### Example
19249 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.
19251     ???
19253 ##### Enforcement
19255 * ???
19257 # <a name="S-stdlib"></a>SL: The Standard Library
19259 Using only the bare language, every task is tedious (in any language).
19260 Using a suitable library any task can be reasonably simple.
19262 The standard library has steadily grown over the years.
19263 Its description in the standard is now larger than that of the language features.
19264 So, it is likely that this library section of the guidelines will eventually grow in size to equal or exceed all the rest.
19266 << ??? We need another level of rule numbering ??? >>
19268 C++ Standard Library component summary:
19270 * [SL.con: Containers](#SS-con)
19271 * [SL.str: String](#SS-string)
19272 * [SL.io: Iostream](#SS-io)
19273 * [SL.regex: Regex](#SS-regex)
19274 * [SL.chrono: Time](#SS-chrono)
19275 * [SL.C: The C Standard Library](#SS-clib)
19277 Standard-library rule summary:
19279 * [SL.1: Use libraries wherever possible](#Rsl-lib)
19280 * [SL.2: Prefer the standard library to other libraries](#Rsl-sl)
19281 * [SL.3: Do not add non-standard entities to namespace `std`](#sl-std)
19282 * [SL.4: Use the standard library in a type-safe manner](#sl-safe)
19283 * ???
19285 ### <a name="Rsl-lib"></a>SL.1:  Use libraries wherever possible
19287 ##### Reason
19289 Save time. Don't re-invent the wheel.
19290 Don't replicate the work of others.
19291 Benefit from other people's work when they make improvements.
19292 Help other people when you make improvements.
19294 ### <a name="Rsl-sl"></a>SL.2: Prefer the standard library to other libraries
19296 ##### Reason
19298 More people know the standard library.
19299 It is more likely to be stable, well-maintained, and widely available than your own code or most other libraries.
19302 ### <a name="sl-std"></a>SL.3: Do not add non-standard entities to namespace `std`
19304 ##### Reason
19306 Adding to `std` may change the meaning of otherwise standards conforming code.
19307 Additions to `std` may clash with future versions of the standard.
19309 ##### Example
19311     ???
19313 ##### Enforcement
19315 Possible, but messy and likely to cause problems with platforms.
19317 ### <a name="sl-safe"></a>SL.4: Use the standard library in a type-safe manner
19319 ##### Reason
19321 Because, obviously, breaking this rule can lead to undefined behavior, memory corruption, and all kinds of other bad errors.
19323 ##### Note
19325 This is a semi-philosophical meta-rule, which needs many supporting concrete rules.
19326 We need it as an umbrella for the more specific rules.
19328 Summary of more specific rules:
19330 * [SL.4: Use the standard library in a type-safe manner](#sl-safe)
19333 ## <a name="SS-con"></a>SL.con: Containers
19337 Container rule summary:
19339 * [SL.con.1: Prefer using STL `array` or `vector` instead of a C array](#Rsl-arrays)
19340 * [SL.con.2: Prefer using STL `vector` by default unless you have a reason to use a different container](#Rsl-vector)
19341 * [SL.con.3: Avoid bounds errors](#Rsl-bounds)
19342 * [SL.con.4: don't use `memset` or `memcpy` for arguments that are not trivially-copyable](#Rsl-copy)
19344 ### <a name="Rsl-arrays"></a>SL.con.1: Prefer using STL `array` or `vector` instead of a C array
19346 ##### Reason
19348 C arrays are less safe, and have no advantages over `array` and `vector`.
19349 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.
19350 Also, like a built-in array, a stack-allocated `std::array` keeps its elements on the stack.
19351 For a variable-length array, use `std::vector`, which additionally can change its size and handles memory allocation.
19353 ##### Example
19355     int v[SIZE];                        // BAD
19357     std::array<int, SIZE> w;             // ok
19359 ##### Example
19361     int* v = new int[initial_size];     // BAD, owning raw pointer
19362     delete[] v;                         // BAD, manual delete
19364     std::vector<int> w(initial_size);   // ok
19366 ##### Note
19368 Use `gsl::span` for non-owning references into a container.
19370 ##### Note
19372 Comparing the performance of a fixed-sized array allocated on the stack against a `vector` with its elements on the free store is bogus.
19373 You could just as well compare a `std::array` on the stack against the result of a `malloc()` accessed through a pointer.
19374 For most code, even the difference between stack allocation and free-store allocation doesn't matter, but the convenience and safety of `vector` does.
19375 People working with code for which that difference matters are quite capable of choosing between `array` and `vector`.
19377 ##### Enforcement
19379 * 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`.
19381 ### <a name="Rsl-vector"></a>SL.con.2: Prefer using STL `vector` by default unless you have a reason to use a different container
19383 ##### Reason
19385 `vector` and `array` are the only standard containers that offer the following advantages:
19387 * the fastest general-purpose access (random access, including being vectorization-friendly);
19388 * the fastest default access pattern (begin-to-end or end-to-begin is prefetcher-friendly);
19389 * the lowest space overhead (contiguous layout has zero per-element overhead, which is cache-friendly).
19391 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`.
19393 Even when other containers seem more suited, such as `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.
19395 ##### Note
19397 `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.
19399 ##### Exceptions
19401 If you have a good reason to use another container, use that instead. For example:
19403 * If `vector` suits your needs but you don't need the container to be variable size, use `array` instead.
19405 * 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.
19407 ##### Note
19409 To initialize a vector with a number of elements, use `()`-initialization.
19410 To initialize a vector with a list of elements, use `{}`-initialization.
19412     vector<int> v1(20);  // v1 has 20 elements with the value 0 (vector<int>{})
19413     vector<int> v2 {20}; // v2 has 1 element with the value 20
19415 [Prefer the {}-initializer syntax](#Res-list).
19417 ##### Enforcement
19419 * 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.
19421 ### <a name="Rsl-bounds"></a>SL.con.3: Avoid bounds errors
19423 ##### Reason
19425 Read or write beyond an allocated range of elements typically leads to bad errors, wrong results, crashes, and security violations.
19427 ##### Note
19429 The standard-library functions that apply to ranges of elements all have (or could have) bounds-safe overloads that take `span`.
19430 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()`.
19432 Ideally, the in-bounds guarantee should be statically enforced.
19433 For example:
19435 * a range-`for` cannot loop beyond the range of the container to which it is applied
19436 * a `v.begin(),v.end()` is easily determined to be bounds safe
19438 Such loops are as fast as any unchecked/unsafe equivalent.
19440 Often a simple pre-check can eliminate the need for checking of individual indices.
19441 For example
19443 * for `v.begin(),v.begin()+i` the `i` can easily be checked against `v.size()`
19445 Such loops can be much faster than individually checked element accesses.
19447 ##### Example, bad
19449     void f()
19450     {
19451         array<int, 10> a, b;
19452         memset(a.data(), 0, 10);         // BAD, and contains a length error (length = 10 * sizeof(int))
19453         memcmp(a.data(), b.data(), 10);  // BAD, and contains a length error (length = 10 * sizeof(int))
19454     }
19456 Also, `std::array<>::fill()` or `std::fill()` or even an empty initializer are better candidate than `memset()`.
19458 ##### Example, good
19460     void f()
19461     {
19462         array<int, 10> a, b, c{};       // c is initialized to zero
19463         a.fill(0);
19464         fill(b.begin(), b.end(), 0);    // std::fill()
19465         fill(b, 0);                     // std::fill() + Ranges TS
19467         if ( a == b ) {
19468           // ...
19469         }
19470     }
19472 ##### Example
19474 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.
19476     void f(std::vector<int>& v, std::array<int, 12> a, int i)
19477     {
19478         v[0] = a[0];        // BAD
19479         v.at(0) = a[0];     // OK (alternative 1)
19480         at(v, 0) = a[0];    // OK (alternative 2)
19482         v.at(0) = a[i];     // BAD
19483         v.at(0) = a.at(i);  // OK (alternative 1)
19484         v.at(0) = at(a, i); // OK (alternative 2)
19485     }
19487 ##### Enforcement
19489 * Issue a diagnostic for any call to a standard-library function that is not bounds-checked.
19490 ??? insert link to a list of banned functions
19492 This rule is part of the [bounds profile](#SS-bounds).
19495 ### <a name="Rsl-copy"></a>SL.con.4: don't use `memset` or `memcpy` for arguments that are not trivially-copyable
19497 ##### Reason
19499 Doing so messes the semantics of the objects (e.g., by overwriting a `vptr`).
19501 ##### Note
19503 Similarly for (w)memset, (w)memcpy, (w)memmove, and (w)memcmp
19505 ##### Example
19507     struct base {
19508         virtual void update() = 0;
19509     };
19511     struct derived : public base {
19512         void update() override {}
19513     };
19516     void f(derived& a, derived& b) // goodbye v-tables
19517     {
19518         memset(&a, 0, sizeof(derived));
19519         memcpy(&a, &b, sizeof(derived));
19520         memcmp(&a, &b, sizeof(derived));
19521     }
19523 Instead, define proper default initialization, copy, and comparison functions
19525     void g(derived& a, derived& b)
19526     {
19527         a = {};    // default initialize
19528         b = a;     // copy
19529         if (a == b) do_something(a, b);
19530     }
19532 ##### Enforcement
19534 * Flag the use of those functions for types that are not trivially copyable
19536 **TODO Notes**:
19538 * Impact on the standard library will require close coordination with WG21, if only to ensure compatibility even if never standardized.
19539 * We are considering specifying bounds-safe overloads for stdlib (especially C stdlib) functions like `memcmp` and shipping them in the GSL.
19540 * 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).
19544 ## <a name="SS-string"></a>SL.str: String
19546 Text manipulation is a huge topic.
19547 `std::string` doesn't cover all of it.
19548 This section primarily tries to clarify `std::string`'s relation to `char*`, `zstring`, `string_view`, and `gsl::string_span`.
19549 The important issue of non-ASCII character sets and encodings (e.g., `wchar_t`, Unicode, and UTF-8) will be covered elsewhere.
19551 **See also**: [regular expressions](#SS-regex)
19553 Here, we use "sequence of characters" or "string" to refer to a sequence of characters meant to be read as text (somehow, eventually).
19554 We don't consider ???
19556 String summary:
19558 * [SL.str.1: Use `std::string` to own character sequences](#Rstr-string)
19559 * [SL.str.2: Use `std::string_view` or `gsl::string_span` to refer to character sequences](#Rstr-view)
19560 * [SL.str.3: Use `zstring` or `czstring` to refer to a C-style, zero-terminated, sequence of characters](#Rstr-zstring)
19561 * [SL.str.4: Use `char*` to refer to a single character](#Rstr-char*)
19562 * [SL.str.5: Use `std::byte` to refer to byte values that do not necessarily represent characters](#Rstr-byte)
19564 * [SL.str.10: Use `std::string` when you need to perform locale-sensitive string operations](#Rstr-locale)
19565 * [SL.str.11: Use `gsl::string_span` rather than `std::string_view` when you need to mutate a string](#Rstr-span)
19566 * [SL.str.12: Use the `s` suffix for string literals meant to be standard-library `string`s](#Rstr-s)
19568 **See also**:
19570 * [F.24 span](#Rf-range)
19571 * [F.25 zstring](#Rf-zstring)
19574 ### <a name="Rstr-string"></a>SL.str.1: Use `std::string` to own character sequences
19576 ##### Reason
19578 `string` correctly handles allocation, ownership, copying, gradual expansion, and offers a variety of useful operations.
19580 ##### Example
19582     vector<string> read_until(const string& terminator)
19583     {
19584         vector<string> res;
19585         for (string s; cin >> s && s != terminator; ) // read a word
19586             res.push_back(s);
19587         return res;
19588     }
19590 Note how `>>` and `!=` are provided for `string` (as examples of useful operations) and there are no explicit
19591 allocations, deallocations, or range checks (`string` takes care of those).
19593 In C++17, we might use `string_view` as the argument, rather than `const string*` to allow more flexibility to callers:
19595     vector<string> read_until(string_view terminator)   // C++17
19596     {
19597         vector<string> res;
19598         for (string s; cin >> s && s != terminator; ) // read a word
19599             res.push_back(s);
19600         return res;
19601     }
19603 The `gsl::string_span` is a current alternative offering most of the benefits of `std::string_view` for simple examples:
19605     vector<string> read_until(string_span terminator)
19606     {
19607         vector<string> res;
19608         for (string s; cin >> s && s != terminator; ) // read a word
19609             res.push_back(s);
19610         return res;
19611     }
19613 ##### Example, bad
19615 Don't use C-style strings for operations that require non-trivial memory management
19617     char* cat(const char* s1, const char* s2)   // beware!
19618         // return s1 + '.' + s2
19619     {
19620         int l1 = strlen(s1);
19621         int l2 = strlen(s2);
19622         char* p = (char*) malloc(l1 + l2 + 2);
19623         strcpy(p, s1, l1);
19624         p[l1] = '.';
19625         strcpy(p + l1 + 1, s2, l2);
19626         p[l1 + l2 + 1] = 0;
19627         return p;
19628     }
19630 Did we get that right?
19631 Will the caller remember to `free()` the returned pointer?
19632 Will this code pass a security review?
19634 ##### Note
19636 Do not assume that `string` is slower than lower-level techniques without measurement and remember that not all code is performance critical.
19637 [Don't optimize prematurely](#Rper-Knuth)
19639 ##### Enforcement
19643 ### <a name="Rstr-view"></a>SL.str.2: Use `std::string_view` or `gsl::string_span` to refer to character sequences
19645 ##### Reason
19647 `std::string_view` or `gsl::string_span` provides simple and (potentially) safe access to character sequences independently of how
19648 those sequences are allocated and stored.
19650 ##### Example
19652     vector<string> read_until(string_span terminator);
19654     void user(zstring p, const string& s, string_span ss)
19655     {
19656         auto v1 = read_until(p);
19657         auto v2 = read_until(s);
19658         auto v3 = read_until(ss);
19659         // ...
19660     }
19662 ##### Note
19664 `std::string_view` (C++17) is read-only.
19666 ##### Enforcement
19670 ### <a name="Rstr-zstring"></a>SL.str.3: Use `zstring` or `czstring` to refer to a C-style, zero-terminated, sequence of characters
19672 ##### Reason
19674 Readability.
19675 Statement of intent.
19676 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.
19677 Distinguishing these alternatives prevents misunderstandings and bugs.
19679 ##### Example
19681     void f1(const char* s); // s is probably a string
19683 All we know is that it is supposed to be the nullptr or point to at least one character
19685     void f1(zstring s);     // s is a C-style string or the nullptr
19686     void f1(czstring s);    // s is a C-style string constant or the nullptr
19687     void f1(std::byte* s);  // s is a pointer to a byte (C++17)
19689 ##### Note
19691 Don't convert a C-style string to `string` unless there is a reason to.
19693 ##### Note
19695 Like any other "plain pointer", a `zstring` should not represent ownership.
19697 ##### Note
19699 There are billions of lines of C++ "out there", most use `char*` and `const char*` without documenting intent.
19700 They are used in a wide variety of ways, including to represent ownership and as generic pointers to memory (instead of `void*`).
19701 It is hard to separate these uses, so this guideline is hard to follow.
19702 This is one of the major sources of bugs in C and C++ programs, so it is worthwhile to follow this guideline wherever feasible..
19704 ##### Enforcement
19706 * Flag uses of `[]` on a `char*`
19707 * Flag uses of `delete` on a `char*`
19708 * Flag uses of `free()` on a `char*`
19710 ### <a name="Rstr-char*"></a>SL.str.4: Use `char*` to refer to a single character
19712 ##### Reason
19714 The variety of uses of `char*` in current code is a major source of errors.
19716 ##### Example, bad
19718     char arr[] = {'a', 'b', 'c'};
19720     void print(const char* p)
19721     {
19722         cout << p << '\n';
19723     }
19725     void use()
19726     {
19727         print(arr);   // run-time error; potentially very bad
19728     }
19730 The array `arr` is not a C-style string because it is not zero-terminated.
19732 ##### Alternative
19734 See [`zstring`](#Rstr-zstring), [`string`](#Rstr-string), and [`string_span`](#Rstr-view).
19736 ##### Enforcement
19738 * Flag uses of `[]` on a `char*`
19740 ### <a name="Rstr-byte"></a>SL.str.5: Use `std::byte` to refer to byte values that do not necessarily represent characters
19742 ##### Reason
19744 Use of `char*` to represent a pointer to something that is not necessarily a character causes confusion
19745 and disables valuable optimizations.
19747 ##### Example
19749     ???
19751 ##### Note
19753 C++17
19755 ##### Enforcement
19760 ### <a name="Rstr-locale"></a>SL.str.10: Use `std::string` when you need to perform locale-sensitive string operations
19762 ##### Reason
19764 `std::string` supports standard-library [`locale` facilities](#Rstr-locale)
19766 ##### Example
19768     ???
19770 ##### Note
19774 ##### Enforcement
19778 ### <a name="Rstr-span"></a>SL.str.11: Use `gsl::string_span` rather than `std::string_view` when you need to mutate a string
19780 ##### Reason
19782 `std::string_view` is read-only.
19784 ##### Example
19788 ##### Note
19792 ##### Enforcement
19794 The compiler will flag attempts to write to a `string_view`.
19796 ### <a name="Rstr-s"></a>SL.str.12: Use the `s` suffix for string literals meant to be standard-library `string`s
19798 ##### Reason
19800 Direct expression of an idea minimizes mistakes.
19802 ##### Example
19804     auto pp1 = make_pair("Tokyo", 9.00);         // {C-style string,double} intended?
19805     pair<string, double> pp2 = {"Tokyo", 9.00};  // a bit verbose
19806     auto pp3 = make_pair("Tokyo"s, 9.00);        // {std::string,double}    // C++14
19807     pair pp4 = {"Tokyo"s, 9.00};                 // {std::string,double}    // C++17
19811 ##### Enforcement
19816 ## <a name="SS-io"></a>SL.io: Iostream
19818 `iostream`s is a type safe, extensible, formatted and unformatted I/O library for streaming I/O.
19819 It supports multiple (and user extensible) buffering strategies and multiple locales.
19820 It can be used for conventional I/O, reading and writing to memory (string streams),
19821 and user-defines extensions, such as streaming across networks (asio: not yet standardized).
19823 Iostream rule summary:
19825 * [SL.io.1: Use character-level input only when you have to](#Rio-low)
19826 * [SL.io.2: When reading, always consider ill-formed input](#Rio-validate)
19827 * [SL.io.3: Prefer iostreams for I/O](#Rio-streams)
19828 * [SL.io.10: Unless you use `printf`-family functions call `ios_base::sync_with_stdio(false)`](#Rio-sync)
19829 * [SL.io.50: Avoid `endl`](#Rio-endl)
19830 * [???](#???)
19832 ### <a name="Rio-low"></a>SL.io.1: Use character-level input only when you have to
19834 ##### Reason
19836 Unless you genuinely just deal with individual characters, using character-level input leads to the user code performing potentially error-prone
19837 and potentially inefficient composition of tokens out of characters.
19839 ##### Example
19841     char c;
19842     char buf[128];
19843     int i = 0;
19844     while (cin.get(c) && !isspace(c) && i < 128)
19845         buf[i++] = c;
19846     if (i == 128) {
19847         // ... handle too long string ....
19848     }
19850 Better (much simpler and probably faster):
19852     string s;
19853     s.reserve(128);
19854     cin >> s;
19856 and the `reserve(128)` is probably not worthwhile.
19858 ##### Enforcement
19863 ### <a name="Rio-validate"></a>SL.io.2: When reading, always consider ill-formed input
19865 ##### Reason
19867 Errors are typically best handled as soon as possible.
19868 If input isn't validated, every function must be written to cope with bad data (and that is not practical).
19870 ##### Example
19872     ???
19874 ##### Enforcement
19878 ### <a name="Rio-streams"></a>SL.io.3: Prefer `iostream`s for I/O
19880 ##### Reason
19882 `iostream`s are safe, flexible, and extensible.
19884 ##### Example
19886     // write a complex number:
19887     complex<double> z{ 3, 4 };
19888     cout << z << '\n';
19890 `complex` is a user-defined type and its I/O is defined without modifying the `iostream` library.
19892 ##### Example
19894     // read a file of complex numbers:
19895     for (complex<double> z; cin >> z; )
19896         v.push_back(z);
19898 ##### Exception
19900 ??? performance ???
19902 ##### Discussion: `iostream`s vs. the `printf()` family
19904 It is often (and often correctly) pointed out that the `printf()` family has two advantages compared to `iostream`s:
19905 flexibility of formatting and performance.
19906 This has to be weighed against `iostream`s advantages of extensibility to handle user-defined types, resilient against security violations,
19907 implicit memory management, and `locale` handling.
19909 If you need I/O performance, you can almost always do better than `printf()`.
19911 `gets()`, `scanf()` using `%s`, and `printf()` using `%s` are security hazards (vulnerable to buffer overflow and generally error-prone).
19912 C11 defines some "optional extensions" that do extra checking of their arguments.
19913 If present in your C library, `gets_s()`, `scanf_s()`, and `printf_s()` may be safer alternatives, but they are still not type safe.
19915 ##### Enforcement
19917 Optionally flag `<cstdio>` and `<stdio.h>`.
19919 ### <a name="Rio-sync"></a>SL.io.10: Unless you use `printf`-family functions call `ios_base::sync_with_stdio(false)`
19921 ##### Reason
19923 Synchronizing `iostreams` with `printf-style` I/O can be costly.
19924 `cin` and `cout` are by default synchronized with `printf`.
19926 ##### Example
19928     int main()
19929     {
19930         ios_base::sync_with_stdio(false);
19931         // ... use iostreams ...
19932     }
19934 ##### Enforcement
19938 ### <a name="Rio-endl"></a>SL.io.50: Avoid `endl`
19940 ##### Reason
19942 The `endl` manipulator is mostly equivalent to `'\n'` and `"\n"`;
19943 as most commonly used it simply slows down output by doing redundant `flush()`s.
19944 This slowdown can be significant compared to `printf`-style output.
19946 ##### Example
19948     cout << "Hello, World!" << endl;    // two output operations and a flush
19949     cout << "Hello, World!\n";          // one output operation and no flush
19951 ##### Note
19953 For `cin`/`cout` (and equivalent) interaction, there is no reason to flush; that's done automatically.
19954 For writing to a file, there is rarely a need to `flush`.
19956 ##### Note
19958 Apart from the (occasionally important) issue of performance,
19959 the choice between `'\n'` and `endl` is almost completely aesthetic.
19961 ## <a name="SS-regex"></a>SL.regex: Regex
19963 `<regex>` is the standard C++ regular expression library.
19964 It supports a variety of regular expression pattern conventions.
19966 ## <a name="SS-chrono"></a>SL.chrono: Time
19968 `<chrono>` (defined in namespace `std::chrono`) provides the notions of `time_point` and `duration` together with functions for
19969 outputting time in various units.
19970 It provides clocks for registering `time_points`.
19972 ## <a name="SS-clib"></a>SL.C: The C Standard Library
19976 C Standard Library rule summary:
19978 * [S.C.1: Don't use setjmp/longjmp](#Rclib-jmp)
19979 * [???](#???)
19980 * [???](#???)
19982 ### <a name="Rclib-jmp"></a>SL.C.1: Don't use setjmp/longjmp
19984 ##### Reason
19986 a `longjmp` ignores destructors, thus invalidating all resource-management strategies relying on RAII
19988 ##### Enforcement
19990 Flag all occurrences of `longjmp`and `setjmp`
19994 # <a name="S-A"></a>A: Architectural ideas
19996 This section contains ideas about higher-level architectural ideas and libraries.
19998 Architectural rule summary:
20000 * [A.1: Separate stable code from less stable code](#Ra-stable)
20001 * [A.2: Express potentially reusable parts as a library](#Ra-lib)
20002 * [A.4: There should be no cycles among libraries](#Ra-dag)
20003 * [???](#???)
20004 * [???](#???)
20005 * [???](#???)
20006 * [???](#???)
20007 * [???](#???)
20008 * [???](#???)
20010 ### <a name="Ra-stable"></a>A.1: Separate stable code from less stable code
20012 Isolating less stable code facilitates its unit testing, interface improvement, refactoring, and eventual deprecation.
20014 ### <a name="Ra-lib"></a>A.2: Express potentially reusable parts as a library
20016 ##### Reason
20018 ##### Note
20020 A library is a collection of declarations and definitions maintained, documented, and shipped together.
20021 A library could be a set of headers (a "header-only library") or a set of headers plus a set of object files.
20022 You can statically or dynamically link a library into a program, or you can `#include` a header-only library.
20025 ### <a name="Ra-dag"></a>A.4: There should be no cycles among libraries
20027 ##### Reason
20029 * A cycle complicates the build process.
20030 * Cycles are hard to understand and may introduce indeterminism (unspecified behavior).
20032 ##### Note
20034 A library can contain cyclic references in the definition of its components.
20035 For example:
20037     ???
20039 However, a library should not depend on another that depends on it.
20042 # <a name="S-not"></a>NR: Non-Rules and myths
20044 This section contains rules and guidelines that are popular somewhere, but that we deliberately don't recommend.
20045 We know full well that there have been times and places where these rules made sense, and we have used them ourselves at times.
20046 However, in the context of the styles of programming we recommend and support with the guidelines, these "non-rules" would do harm.
20048 Even today, there can be contexts where the rules make sense.
20049 For example, lack of suitable tool support can make exceptions unsuitable in hard-real-time systems,
20050 but please don't blindly trust "common wisdom" (e.g., unsupported statements about "efficiency");
20051 such "wisdom" may be based on decades-old information or experienced from languages with very different properties than C++
20052 (e.g., C or Java).
20054 The positive arguments for alternatives to these non-rules are listed in the rules offered as "Alternatives".
20056 Non-rule summary:
20058 * [NR.1: Don't insist that all declarations should be at the top of a function](#Rnr-top)
20059 * [NR.2: Don't insist to have only a single `return`-statement in a function](#Rnr-single-return)
20060 * [NR.3: Don't avoid exceptions](#Rnr-no-exceptions)
20061 * [NR.4: Don't insist on placing each class declaration in its own source file](#Rnr-lots-of-files)
20062 * [NR.5: Don't use two-phase initialization](#Rnr-two-phase-init)
20063 * [NR.6: Don't place all cleanup actions at the end of a function and `goto exit`](#Rnr-goto-exit)
20064 * [NR.7: Don't make all data members `protected`](#Rnr-protected-data)
20065 * ???
20067 ### <a name="Rnr-top"></a>NR.1: Don't insist that all declarations should be at the top of a function
20069 ##### Reason
20071 The "all declarations on top" rule is a legacy of old programming languages that didn't allow initialization of variables and constants after a statement.
20072 This leads to longer programs and more errors caused by uninitialized and wrongly initialized variables.
20074 ##### Example, bad
20076     int use(int x)
20077     {
20078         int i;
20079         char c;
20080         double d;
20082         // ... some stuff ...
20084         if (x < i) {
20085             // ...
20086             i = f(x, d);
20087         }
20088         if (i < x) {
20089             // ...
20090             i = g(x, c);
20091         }
20092         return i;
20093     }
20095 The larger the distance between the uninitialized variable and its use, the larger the chance of a bug.
20096 Fortunately, compilers catch many "used before set" errors.
20097 Unfortunately, compilers cannot catch all such errors and unfortunately, the bugs aren't always as simple to spot as in this small example.
20100 ##### Alternative
20102 * [Always initialize an object](#Res-always)
20103 * [ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it](#Res-introduce)
20105 ### <a name="Rnr-single-return"></a>NR.2: Don't insist to have only a single `return`-statement in a function
20107 ##### Reason
20109 The single-return rule can lead to unnecessarily convoluted code and the introduction of extra state variables.
20110 In particular, the single-return rule makes it harder to concentrate error checking at the top of a function.
20112 ##### Example
20114     template<class T>
20115     //  requires Number<T>
20116     string sign(T x)
20117     {
20118         if (x < 0)
20119             return "negative";
20120         else if (x > 0)
20121             return "positive";
20122         return "zero";
20123     }
20125 to use a single return only we would have to do something like
20127     template<class T>
20128     //  requires Number<T>
20129     string sign(T x)        // bad
20130     {
20131         string res;
20132         if (x < 0)
20133             res = "negative";
20134         else if (x > 0)
20135             res = "positive";
20136         else
20137             res = "zero";
20138         return res;
20139     }
20141 This is both longer and likely to be less efficient.
20142 The larger and more complicated the function is, the more painful the workarounds get.
20143 Of course many simple functions will naturally have just one `return` because of their simpler inherent logic.
20145 ##### Example
20147     int index(const char* p)
20148     {
20149         if (!p) return -1;  // error indicator: alternatively "throw nullptr_error{}"
20150         // ... do a lookup to find the index for p
20151         return i;
20152     }
20154 If we applied the rule, we'd get something like
20156     int index2(const char* p)
20157     {
20158         int i;
20159         if (!p)
20160             i = -1;  // error indicator
20161         else {
20162             // ... do a lookup to find the index for p
20163         }
20164         return i;
20165     }
20167 Note that we (deliberately) violated the rule against uninitialized variables because this style commonly leads to that.
20168 Also, this style is a temptation to use the [goto exit](#Rnr-goto-exit) non-rule.
20170 ##### Alternative
20172 * Keep functions short and simple
20173 * Feel free to use multiple `return` statements (and to throw exceptions).
20175 ### <a name="Rnr-no-exceptions"></a>NR.3: Don't avoid exceptions
20177 ##### Reason
20179 There seem to be four main reasons given for not using exceptions:
20181 * exceptions are inefficient
20182 * exceptions lead to leaks and errors
20183 * exception performance is not predictable
20184 * the exception-handling run-time support takes up too much space
20186 There is no way we can settle this issue to the satisfaction of everybody.
20187 After all, the discussions about exceptions have been going on for 40+ years.
20188 Some languages cannot be used without exceptions, but others do not support them.
20189 This leads to strong traditions for the use and non-use of exceptions, and to heated debates.
20191 However, we can briefly outline why we consider exceptions the best alternative for general-purpose programming
20192 and in the context of these guidelines.
20193 Simple arguments for and against are often inconclusive.
20194 There are specialized applications where exceptions indeed can be inappropriate
20195 (e.g., hard-real-time systems without support for reliable estimates of the cost of handling an exception).
20197 Consider the major objections to exceptions in turn
20199 * Exceptions are inefficient:
20200 Compared to what?
20201 When comparing make sure that the same set of errors are handled and that they are handled equivalently.
20202 In particular, do not compare a program that immediately terminate on seeing an error with a program
20203 that carefully cleans up resources before logging an error.
20204 Yes, some systems have poor exception handling implementations; sometimes, such implementations force us to use
20205 other error-handling approaches, but that's not a fundamental problem with exceptions.
20206 When using an efficiency argument - in any context - be careful that you have good data that actually provides
20207 insight into the problem under discussion.
20208 * Exceptions lead to leaks and errors.
20209 They do not.
20210 If your program is a rat's nest of pointers without an overall strategy for resource management,
20211 you have a problem whatever you do.
20212 If your system consists of a million lines of such code,
20213 you probably will not be able to use exceptions,
20214 but that's a problem with excessive and undisciplined pointer use, rather than with exceptions.
20215 In our opinion, you need RAII to make exception-based error handling simple and safe -- simpler and safer than alternatives.
20216 * Exception performance is not predictable.
20217 If you are in a hard-real-time system where you must guarantee completion of a task in a given time,
20218 you need tools to back up such guarantees.
20219 As far as we know such tools are not available (at least not to most programmers).
20220 * the exception-handling run-time support takes up too much space
20221 This can be the case in small (usually embedded systems).
20222 However, before abandoning exceptions consider what space consistent error-handling using error-codes would require
20223 and what failure to catch an error would cost.
20225 Many, possibly most, problems with exceptions stem from historical needs to interact with messy old code.
20227 The fundamental arguments for the use of exceptions are
20229 * They clearly differentiate between erroneous return and ordinary return
20230 * They cannot be forgotten or ignored
20231 * They can be used systematically
20233 Remember
20235 * Exceptions are for reporting errors (in C++; other languages can have different uses for exceptions).
20236 * Exceptions are not for errors that can be handled locally.
20237 * Don't try to catch every exception in every function (that's tedious, clumsy, and leads to slow code).
20238 * Exceptions are not for errors that require instant termination of a module/system after a non-recoverable error.
20240 ##### Example
20242     ???
20244 ##### Alternative
20246 * [RAII](#Re-raii)
20247 * Contracts/assertions: Use GSL's `Expects` and `Ensures` (until we get language support for contracts)
20249 ### <a name="Rnr-lots-of-files"></a>NR.4: Don't insist on placing each class declaration in its own source file
20251 ##### Reason
20253 The resulting number of files from placing each class in its own file are hard to manage and can slow down compilation.
20254 Individual classes are rarely a good logical unit of maintenance and distribution.
20256 ##### Example
20258     ???
20260 ##### Alternative
20262 * Use namespaces containing logically cohesive sets of classes and functions.
20264 ### <a name="Rnr-two-phase-init"></a>NR.5: Don't use two-phase initialization
20266 ##### Reason
20268 Splitting initialization into two leads to weaker invariants,
20269 more complicated code (having to deal with semi-constructed objects),
20270 and errors (when we didn't deal correctly with semi-constructed objects consistently).
20272 ##### Example, bad
20274     class Picture
20275     {
20276         int mx;
20277         int my;
20278         char * data;
20279     public:
20280         Picture(int x, int y)
20281         {
20282             mx = x,
20283             my = y;
20284             data = nullptr;
20285         }
20287         ~Picture()
20288         {
20289             Cleanup();
20290         }
20292         bool Init()
20293         {
20294             // invariant checks
20295             if (mx <= 0 || my <= 0) {
20296                 return false;
20297             }
20298             if (data) {
20299                 return false;
20300             }
20301             data = (char*) malloc(mx*my*sizeof(int));
20302             return data != nullptr;
20303         }
20305         void Cleanup()
20306         {
20307             if (data) free(data);
20308             data = nullptr;
20309         }
20310     };
20312     Picture picture(100, 0); // not ready-to-use picture here
20313     // this will fail..
20314     if (!picture.Init()) {
20315         puts("Error, invalid picture");
20316     }
20317     // now have a invalid picture object instance.
20319 ##### Example, good
20321     class Picture
20322     {
20323         size_t mx;
20324         size_t my;
20325         vector<char> data;
20327         static size_t check_size(size_t s)
20328         {
20329             // invariant check
20330             Expects(s > 0);
20331             return s;
20332         }
20334     public:
20335         // even more better would be a class for a 2D Size as one single parameter
20336         Picture(size_t x, size_t y)
20337             : mx(check_size(x))
20338             , my(check_size(y))
20339             // now we know x and y have a valid size
20340             , data(mx * my * sizeof(int)) // will throw std::bad_alloc on error
20341         {
20342             // picture is ready-to-use
20343         }
20344         // compiler generated dtor does the job. (also see C.21)
20345     };
20347     Picture picture1(100, 100);
20348     // picture is ready-to-use here...
20350     // not a valid size for y,
20351     // default contract violation behavior will call std::terminate then
20352     Picture picture2(100, 0);
20353     // not reach here...
20355 ##### Alternative
20357 * Always establish a class invariant in a constructor.
20358 * Don't define an object before it is needed.
20360 ### <a name="Rnr-goto-exit"></a>NR.6: Don't place all cleanup actions at the end of a function and `goto exit`
20362 ##### Reason
20364 `goto` is error-prone.
20365 This technique is a pre-exception technique for RAII-like resource and error handling.
20367 ##### Example, bad
20369     void do_something(int n)
20370     {
20371         if (n < 100) goto exit;
20372         // ...
20373         int* p = (int*) malloc(n);
20374         // ...
20375         if (some_error) goto_exit;
20376         // ...
20377     exit:
20378         free(p);
20379     }
20381 and spot the bug.
20383 ##### Alternative
20385 * Use exceptions and [RAII](#Re-raii)
20386 * for non-RAII resources, use [`finally`](#Re-finally).
20388 ### <a name="Rnr-protected-data"></a>NR.7: Don't make all data members `protected`
20390 ##### Reason
20392 `protected` data is a source of errors.
20393 `protected` data can be manipulated from an unbounded amount of code in various places.
20394 `protected` data is the class hierarchy equivalent to global data.
20396 ##### Example
20398     ???
20400 ##### Alternative
20402 * [Make member data `public` or (preferably) `private`](#Rh-protected)
20405 # <a name="S-references"></a>RF: References
20407 Many coding standards, rules, and guidelines have been written for C++, and especially for specialized uses of C++.
20408 Many
20410 * focus on lower-level issues, such as the spelling of identifiers
20411 * are written by C++ novices
20412 * see "stopping programmers from doing unusual things" as their primary aim
20413 * aim at portability across many compilers (some 10 years old)
20414 * are written to preserve decades old code bases
20415 * aim at a single application domain
20416 * are downright counterproductive
20417 * are ignored (must be ignored by programmers to get their work done well)
20419 A bad coding standard is worse than no coding standard.
20420 However an appropriate set of guidelines are much better than no standards: "Form is liberating."
20422 Why can't we just have a language that allows all we want and disallows all we don't want ("a perfect language")?
20423 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.
20424 Also, your needs change over time and a general-purpose language is needed to allow you to adapt.
20425 A language that is ideal for today would be overly restrictive tomorrow.
20427 Coding guidelines adapt the use of a language to specific needs.
20428 Thus, there cannot be a single coding style for everybody.
20429 We expect different organizations to provide additions, typically with more restrictions and firmer style rules.
20431 Reference sections:
20433 * [RF.rules: Coding rules](#SS-rules)
20434 * [RF.books: Books with coding guidelines](#SS-books)
20435 * [RF.C++: C++ Programming (C++11/C++14/C++17)](#SS-Cplusplus)
20436 * [RF.web: Websites](#SS-web)
20437 * [RS.video: Videos about "modern C++"](#SS-vid)
20438 * [RF.man: Manuals](#SS-man)
20439 * [RF.core: Core Guidelines materials](#SS-core)
20441 ## <a name="SS-rules"></a>RF.rules: Coding rules
20443 * [AUTOSAR Guidelines for the use of the C++14 language in critical and safety-related systems v17.10](https://www.autosar.org/fileadmin/user_upload/standards/adaptive/17-10/AUTOSAR_RS_CPP14Guidelines.pdf)
20444 * [Boost Library Requirements and Guidelines](http://www.boost.org/development/requirements.html).
20445   ???.
20446 * [Bloomberg: BDE C++ Coding](https://github.com/bloomberg/bde/wiki/CodingStandards.pdf).
20447   Has a strong emphasis on code organization and layout.
20448 * Facebook: ???
20449 * [GCC Coding Conventions](https://gcc.gnu.org/codingconventions.html).
20450   C++03 and (reasonably) a bit backwards looking.
20451 * [Google C++ Style Guide](https://google.github.io/styleguide/cppguide.html).
20452   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.
20453 * [JSF++: JOINT STRIKE FIGHTER AIR VEHICLE C++ CODING STANDARDS](http://www.stroustrup.com/JSF-AV-rules.pdf).
20454   Document Number 2RDU00001 Rev C. December 2005.
20455   For flight control software.
20456   For hard-real-time.
20457   This means that it is necessarily very restrictive ("if the program fails somebody dies").
20458   For example, no free store allocation or deallocation may occur after the plane takes off (no memory overflow and no fragmentation allowed).
20459   No exception may be used (because there was no available tool for guaranteeing that an exception would be handled within a fixed short time).
20460   Libraries used have to have been approved for mission critical applications.
20461   Any similarities to this set of guidelines are unsurprising because Bjarne Stroustrup was an author of JSF++.
20462   Recommended, but note its very specific focus.
20463 * [_MISRA C++ 2008: Guidelines for the use of the C++ language in critical systems_] (https://www.misra.org.uk/Buyonline/tabid/58/Default.aspx).
20464 * [Mozilla Portability Guide](https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Mozilla/C%2B%2B_Portability_Guide).
20465   As the name indicates, this aims for portability across many (old) compilers.
20466   As such, it is restrictive.
20467 * [Geosoft.no: C++ Programming Style Guidelines](http://geosoft.no/development/cppstyle.html).
20468   ???.
20469 * [Possibility.com: C++ Coding Standard](http://www.possibility.com/Cpp/CppCodingStandard.html).
20470   ???.
20471 * [SEI CERT: Secure C++ Coding Standard](https://www.securecoding.cert.org/confluence/pages/viewpage.action?pageId=637).
20472   A very nicely done set of rules (with examples and rationales) done for security-sensitive code.
20473   Many of their rules apply generally.
20474 * [High Integrity C++ Coding Standard](http://www.codingstandard.com/).
20475 * [llvm](http://llvm.org/docs/CodingStandards.html).
20476   Somewhat brief, based on C++14, and (not unreasonably) adjusted to its domain.
20477 * ???
20479 ## <a name="SS-books"></a>RF.books: Books with coding guidelines
20481 * [Meyers96](#Meyers96) Scott Meyers: *More Effective C++*. Addison-Wesley 1996.
20482 * [Meyers97](#Meyers97) Scott Meyers: *Effective C++, Second Edition*. Addison-Wesley 1997.
20483 * [Meyers01](#Meyers01) Scott Meyers: *Effective STL*. Addison-Wesley 2001.
20484 * [Meyers05](#Meyers05) Scott Meyers: *Effective C++, Third Edition*. Addison-Wesley 2005.
20485 * [Meyers15](#Meyers15) Scott Meyers: *Effective Modern C++*. O'Reilly 2015.
20486 * [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.
20487 * [Stroustrup05](#Stroustrup05) Bjarne Stroustrup: [A rationale for semantically enhanced library languages](http://www.stroustrup.com/SELLrationale.pdf).
20488   LCSD05. October 2005.
20489 * [Stroustrup14](#Stroustrup05) Stroustrup: [A Tour of C++](http://www.stroustrup.com/Tour.html).
20490   Addison Wesley 2014.
20491   Each chapter ends with an advice section consisting of a set of recommendations.
20492 * [Stroustrup13](#Stroustrup13) Stroustrup: [The C++ Programming Language (4th Edition)](http://www.stroustrup.com/4th.html).
20493   Addison Wesley 2013.
20494   Each chapter ends with an advice section consisting of a set of recommendations.
20495 * Stroustrup: [Style Guide](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf)
20496   for [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html).
20497   Mostly low-level naming and layout rules.
20498   Primarily a teaching tool.
20500 ## <a name="SS-Cplusplus"></a>RF.C++: C++ Programming (C++11/C++14)
20502 * [TC++PL4](http://www.stroustrup.com/4th.html):
20503 A thorough description of the C++ language and standard libraries for experienced programmers.
20504 * [Tour++](http://www.stroustrup.com/Tour.html):
20505 An overview of the C++ language and standard libraries for experienced programmers.
20506 * [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html):
20507 A textbook for beginners and relative novices.
20509 ## <a name="SS-web"></a>RF.web: Websites
20511 * [isocpp.org](https://isocpp.org)
20512 * [Bjarne Stroustrup's home pages](http://www.stroustrup.com)
20513 * [WG21](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/)
20514 * [Boost](http://www.boost.org)<a name="Boost"></a>
20515 * [Adobe open source](http://www.adobe.com/open-source.html)
20516 * [Poco libraries](http://pocoproject.org/)
20517 * Sutter's Mill?
20518 * ???
20520 ## <a name="SS-vid"></a>RS.video: Videos about "modern C++"
20522 * Bjarne Stroustrup: [C++11 Style](http://channel9.msdn.com/Events/GoingNative/GoingNative-2012/Keynote-Bjarne-Stroustrup-Cpp11-Style). 2012.
20523 * 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
20524 * All the talks from [CppCon '14](https://isocpp.org/blog/2014/11/cppcon-videos-c9)
20525 * Bjarne Stroustrup: [The essence of C++](https://www.youtube.com/watch?v=86xWVb4XIyE) at the University of Edinburgh. 2014.
20526 * Bjarne Stroustrup: [The Evolution of C++ Past, Present and Future](https://www.youtube.com/watch?v=_wzc7a3McOs). CppCon 2016 keynote.
20527 * Bjarne Stroustrup: [Make Simple Tasks Simple!](https://www.youtube.com/watch?v=nesCaocNjtQ). CppCon 2014 keynote.
20528 * Bjarne Stroustrup: [Writing Good C++14](https://www.youtube.com/watch?v=1OEu9C51K2A). CppCon 2015 keynote about the Core Guidelines.
20529 * Herb Sutter: [Writing Good C++14... By Default](https://www.youtube.com/watch?v=hEx5DNLWGgA). CppCon 2015 keynote about the Core Guidelines.
20530 * CppCon 15
20531 * ??? C++ Next
20532 * ??? Meting C++
20533 * ??? more ???
20535 ## <a name="SS-man"></a>RF.man: Manuals
20537 * ISO C++ Standard C++11.
20538 * ISO C++ Standard C++14.
20539 * [ISO C++ Standard C++17](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4606.pdf). Committee Draft.
20540 * [Palo Alto "Concepts" TR](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2012/n3351.pdf).
20541 * [ISO C++ Concepts TS](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
20542 * [WG21 Ranges report](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4569.pdf). Draft.
20545 ## <a name="SS-core"></a>RF.core: Core Guidelines materials
20547 This section contains materials that has been useful for presenting the core guidelines and the ideas behind them:
20549 * [Our documents directory](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/tree/master/docs)
20550 * 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.
20551 * Sergey Zubkov: [a Core Guidelines talk](https://www.youtube.com/watch?v=DyLwdl_6vmU)
20552 and here are the [slides](http://2017.cppconf.ru/talks/sergey-zubkov). In Russian. 2017.
20553 * Neil MacIntosh: [The Guideline Support Library: One Year Later](https://www.youtube.com/watch?v=_GhNnCuaEjo). CppCon 2016.
20554 * Bjarne Stroustrup: [Writing Good C++14](https://www.youtube.com/watch?v=1OEu9C51K2A). CppCon 2015 keynote.
20555 * Herb Sutter: [Writing Good C++14... By Default](https://www.youtube.com/watch?v=hEx5DNLWGgA). CppCon 2015 keynote.
20556 * Peter Sommerlad: [C++ Core Guidelines - Modernize your C++ Code Base](https://www.youtube.com/watch?v=fQ926v4ZzAM). ACCU 2017.
20557 * Bjarne Stroustrup: [No Littering!](https://www.youtube.com/watch?v=01zI9kV4h8c). Bay Area ACCU 2016.
20558 It gives some idea of the ambition level for the Core Guidelines.
20560 Note that slides for CppCon presentations are available (links with the posted videos).
20562 Contributions to this list would be most welcome.
20564 ## <a name="SS-ack"></a>Acknowledgements
20566 Thanks to the many people who contributed rules, suggestions, supporting information, references, etc.:
20568 * Peter Juhl
20569 * Neil MacIntosh
20570 * Axel Naumann
20571 * Andrew Pardoe
20572 * Gabriel Dos Reis
20573 * Zhuang, Jiangang (Jeff)
20574 * Sergey Zubkov
20576 and see the contributor list on the github.
20578 # <a name="S-profile"></a>Pro: Profiles
20580 Ideally, we would follow all of the guidelines.
20581 That would give the cleanest, most regular, least error-prone, and often the fastest code.
20582 Unfortunately, that is usually impossible because we have to fit our code into large code bases and use existing libraries.
20583 Often, such code has been written over decades and does not follow these guidelines.
20584 We must aim for [gradual adoption](#S-modernizing).
20586 Whatever strategy for gradual adoption we adopt, we need to be able to apply sets of related guidelines to address some set
20587 of problems first and leave the rest until later.
20588 A similar idea of "related guidelines" becomes important when some, but not all, guidelines are considered relevant to a code base
20589 or if a set of specialized guidelines is to be applied for a specialized application area.
20590 We call such a set of related guidelines a "profile".
20591 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"
20592 or "static type safety."
20593 Each profile is designed to eliminate a class of errors.
20594 Enforcement of "random" rules in isolation is more likely to be disruptive to a code base than delivering a definite improvement.
20596 A "profile" is a set of deterministic and portably enforceable subset rules (i.e., restrictions) that are designed to achieve a specific guarantee.
20597 "Deterministic" means they require only local analysis and could be implemented in a compiler (though they don't need to be).
20598 "Portably enforceable" means they are like language rules, so programmers can count on different enforcement tools giving the same answer for the same code.
20600 Code written to be warning-free using such a language profile is considered to conform to the profile.
20601 Conforming code is considered to be safe by construction with regard to the safety properties targeted by that profile.
20602 Conforming code will not be the root cause of errors for that property,
20603 although such errors may be introduced into a program by other code, libraries or the external environment.
20604 A profile may also introduce additional library types to ease conformance and encourage correct code.
20606 Profiles summary:
20608 * [Pro.type: Type safety](#SS-type)
20609 * [Pro.bounds: Bounds safety](#SS-bounds)
20610 * [Pro.lifetime: Lifetime safety](#SS-lifetime)
20612 In the future, we expect to define many more profiles and add more checks to existing profiles.
20613 Candidates include:
20615 * narrowing arithmetic promotions/conversions (likely part of a separate safe-arithmetic profile)
20616 * arithmetic cast from negative floating point to unsigned integral type (ditto)
20617 * selected undefined behavior: Start with Gabriel Dos Reis's UB list developed for the WG21 study group
20618 * selected unspecified behavior: Addressing portability concerns.
20619 * `const` violations: Mostly done by compilers already, but we can catch inappropriate casting and underuse of `const`.
20621 Enabling a profile is implementation defined; typically, it is set in the analysis tool used.
20623 To suppress enforcement of a profile check, place a `suppress` annotation on a language contract. For example:
20625     [[suppress(bounds)]] char* raw_find(char* p, int n, char x)    // find x in p[0]..p[n - 1]
20626     {
20627         // ...
20628     }
20630 Now `raw_find()` can scramble memory to its heart's content.
20631 Obviously, suppression should be very rare.
20633 ## <a name="SS-type"></a>Pro.safety: Type-safety profile
20635 This profile makes it easier to construct code that uses types correctly and avoids inadvertent type punning.
20636 It does so by focusing on removing the primary sources of type violations, including unsafe uses of casts and unions.
20638 For the purposes of this section,
20639 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.
20640 Memory accessed as a type `T` should not be valid memory that actually contains an object of an unrelated type `U`.
20641 Note that the safety is intended to be complete when combined also with [Bounds safety](#SS-bounds) and [Lifetime safety](#SS-lifetime).
20643 An implementation of this profile shall recognize the following patterns in source code as non-conforming and issue a diagnostic.
20645 Type safety profile summary:
20647 * <a name="Pro-type-avoidcasts"></a>Type.1: [Avoid casts](#Res-casts):
20648 <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).
20649 <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).
20650 <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).
20651 <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).
20652 * <a name="Pro-type-downcast"></a>Type.2: Don't use `static_cast` to downcast:
20653 [Use `dynamic_cast` instead](#Rh-dynamic_cast).
20654 * <a name="Pro-type-constcast"></a>Type.3: Don't use `const_cast` to cast away `const` (i.e., at all):
20655 [Don't cast away const](#Res-casts-const).
20656 * <a name="Pro-type-cstylecast"></a>Type.4: Don't use C-style `(T)expression` or functional `T(expression)` casts:
20657 Prefer [construction](#Res-construct) or [named casts](#Res-casts-named).
20658 * <a name="Pro-type-init"></a>Type.5: Don't use a variable before it has been initialized:
20659 [always initialize](#Res-always).
20660 * <a name="Pro-type-memberinit"></a>Type.6: Always initialize a member variable:
20661 [always initialize](#Res-always),
20662 possibly using [default constructors](#Rc-default0) or
20663 [default member initializers](#Rc-in-class-initializer).
20664 * <a name="Pro-type-unon"></a>Type.7: Avoid naked union:
20665 [Use `variant` instead](#Ru-naked).
20666 * <a name="Pro-type-varargs"></a>Type.8: Avoid varargs:
20667 [Don't use `va_arg` arguments](#F-varargs).
20669 ##### Impact
20671 With the type-safety profile you can trust that every operation is applied to a valid object.
20672 Exception may be thrown to indicate errors that cannot be detected statically (at compile time).
20673 Note that this type-safety can be complete only if we also have [Bounds safety](#SS-bounds) and [Lifetime safety](#SS-lifetime).
20674 Without those guarantees, a region of memory could be accessed independent of which object, objects, or parts of objects are stored in it.
20677 ## <a name="SS-bounds"></a>Pro.bounds: Bounds safety profile
20679 This profile makes it easier to construct code that operates within the bounds of allocated blocks of memory.
20680 It does so by focusing on removing the primary sources of bounds violations: pointer arithmetic and array indexing.
20681 One of the core features of this profile is to restrict pointers to only refer to single objects, not arrays.
20683 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.
20684 Bounds safety is intended to be complete only when combined with [Type safety](#SS-type) and [Lifetime safety](#SS-lifetime),
20685 which cover other unsafe operations that allow bounds violations.
20687 Bounds safety profile summary:
20689 * <a name="Pro-bounds-arithmetic"></a>Bounds.1: Don't use pointer arithmetic. Use `span` instead:
20690 [Pass pointers to single objects (only)](#Ri-array) and [Keep pointer arithmetic simple](#Res-ptr).
20691 * <a name="Pro-bounds-arrayindex"></a>Bounds.2: Only index into arrays using constant expressions:
20692 [Pass pointers to single objects (only)](#Ri-array) and [Keep pointer arithmetic simple](#Res-ptr).
20693 * <a name="Pro-bounds-decay"></a>Bounds.3: No array-to-pointer decay:
20694 [Pass pointers to single objects (only)](#Ri-array) and [Keep pointer arithmetic simple](#Res-ptr).
20695 * <a name="Pro-bounds-stdlib"></a>Bounds.4: Don't use standard-library functions and types that are not bounds-checked:
20696 [Use the standard library in a type-safe manner](#Rsl-bounds).
20698 ##### Impact
20700 Bounds safety implies that access to an object - notably arrays - does not access beyond the object's memory allocation.
20701 This eliminates a large class of insidious and hard-to-find errors, including the (in)famous "buffer overflow" errors.
20702 This closes security loopholes as well as a prominent source of memory corruption (when writing out of bounds).
20703 Even if an out-of-bounds access is "just a read", it can lead to invariant violations (when the accessed isn't of the assumed type)
20704 and "mysterious values."
20707 ## <a name="SS-lifetime"></a>Pro.lifetime: Lifetime safety profile
20709 Accessing through a pointer that doesn't point to anything is a major source of errors,
20710 and very hard to avoid in many traditional C or C++ styles of programming.
20711 For example, a pointer may be uninitialized, the `nullptr`, point beyond the range of an array, or to a deleted object.
20713 [See the current design specification here.](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/docs/Lifetime.pdf)
20715 Lifetime safety profile summary:
20717 * <a name="Pro-lifetime-invalid-deref"></a>Lifetime.1: Don't dereference a possibly invalid pointer:
20718 [detect or avoid](#Res-deref).
20720 ##### Impact
20722 Once completely enforced through a combination of style rules, static analysis, and library support, this profile
20724 * eliminates one of the major sources of nasty errors in C++
20725 * eliminates a major source of potential security violations
20726 * improves performance by eliminating redundant "paranoia" checks
20727 * increases confidence in correctness of code
20728 * avoids undefined behavior by enforcing a key C++ language rule
20731 # <a name="S-gsl"></a>GSL: Guidelines support library
20733 The GSL is a small library of facilities designed to support this set of guidelines.
20734 Without these facilities, the guidelines would have to be far more restrictive on language details.
20736 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.
20738 The GSL is header only, and can be found at [GSL: Guidelines support library](https://github.com/Microsoft/GSL).
20739 The support library facilities are designed to be extremely lightweight (zero-overhead) so that they impose no overhead compared to using conventional alternatives.
20740 Where desirable, they can be "instrumented" with additional functionality (e.g., checks) for tasks such as debugging.
20742 These Guidelines use types from the standard (e.g., C++17) in addition to ones from the GSL.
20743 For example, we assume a `variant` type, but this is not currently in GSL.
20744 Eventually, use [the one voted into C++17](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0088r3.html).
20746 Some of the GSL types listed below may not be supported in the library you use due to technical reasons such as limitations in the current versions of C++.
20747 Therefore, please consult your GSL documentation to find out more.
20749 Summary of GSL components:
20751 * [GSL.view: Views](#SS-views)
20752 * [GSL.owner](#SS-ownership)
20753 * [GSL.assert: Assertions](#SS-assertions)
20754 * [GSL.util: Utilities](#SS-utilities)
20755 * [GSL.concept: Concepts](#SS-gsl-concepts)
20757 We plan for a "ISO C++ standard style" semi-formal specification of the GSL.
20759 We rely on the ISO C++ Standard Library and hope for parts of the GSL to be absorbed into the standard library.
20761 ## <a name="SS-views"></a>GSL.view: Views
20763 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.
20765 These "views" are never owners.
20767 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.
20769 The names are mostly ISO standard-library style (lower case and underscore):
20771 * `T*`      // The `T*` is not an owner, may be null; assumed to be pointing to a single element.
20772 * `T&`      // The `T&` is not an owner and can never be a "null reference"; references are always bound to objects.
20774 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.
20775 Owners should be converted to resource handles (e.g., `unique_ptr` or `vector<T>`) or marked `owner<T*>`.
20777 * `owner<T*>`   // a `T*` that owns the object pointed/referred to; may be `nullptr`.
20779 `owner` is used to mark owning pointers in code that cannot be upgraded to use proper resource handles.
20780 Reasons for that include:
20782 * Cost of conversion.
20783 * The pointer is used with an ABI.
20784 * The pointer is part of the implementation of a resource handle.
20786 An `owner<T>` differs from a resource handle for a `T` by still requiring an explicit `delete`.
20788 An `owner<T>` is assumed to refer to an object on the free store (heap).
20790 If something is not supposed to be `nullptr`, say so:
20792 * `not_null<T>`   // `T` is usually a pointer type (e.g., `not_null<int*>` and `not_null<owner<Foo*>>`) that may not be `nullptr`.
20793   `T` can be any type for which `==nullptr` is meaningful.
20795 * `span<T>`       // `[p:p+n)`, constructor from `{p, q}` and `{p, n}`; `T` is the pointer type
20796 * `span_p<T>`     // `{p, predicate}` `[p:q)` where `q` is the first element for which `predicate(*p)` is true
20797 * `string_span`   // `span<char>`
20798 * `cstring_span`  // `span<const char>`
20800 A `span<T>` refers to zero or more mutable `T`s unless `T` is a `const` type.
20802 "Pointer arithmetic" is best done within `span`s.
20803 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`.
20805 * `zstring`    // a `char*` supposed to be a C-style string; that is, a zero-terminated sequence of `char` or `nullptr`
20806 * `czstring`   // a `const char*` supposed to be a C-style string; that is, a zero-terminated sequence of `const` `char` or `nullptr`
20808 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.
20809 A sequence of characters that is not assumed to be zero-terminated should be a `char*`, rather than a `zstring`.
20810 French accent optional.
20812 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?
20814 ## <a name="SS-ownership"></a>GSL.owner: Ownership pointers
20816 * `unique_ptr<T>`     // unique ownership: `std::unique_ptr<T>`
20817 * `shared_ptr<T>`     // shared ownership: `std::shared_ptr<T>` (a counted pointer)
20818 * `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.
20819 * `dyn_array<T>`      // ??? needed ??? A heap-allocated array. The number of elements are determined at construction and fixed thereafter.
20820   The elements are mutable unless `T` is a `const` type. Basically a `span` that allocates and owns its elements.
20822 ## <a name="SS-assertions"></a>GSL.assert: Assertions
20824 * `Expects`     // precondition assertion. Currently placed in function bodies. Later, should be moved to declarations.
20825                 // `Expects(p)` terminates the program unless `p == true`
20826                 // `Expect` in under control of some options (enforcement, error message, alternatives to terminate)
20827 * `Ensures`     // postcondition assertion. Currently placed in function bodies. Later, should be moved to declarations.
20829 These assertions are currently macros (yuck!) and must appear in function definitions (only)
20830 pending standard committee decisions on contracts and assertion syntax.
20831 See [the contract proposal](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0380r1.pdf); using the attribute syntax,
20832 for example, `Expects(p)` will become `[[expects: p]]`.
20834 ## <a name="SS-utilities"></a>GSL.util: Utilities
20836 * `finally`        // `finally(f)` makes a `final_action{f}` with a destructor that invokes `f`
20837 * `narrow_cast`    // `narrow_cast<T>(x)` is `static_cast<T>(x)`
20838 * `narrow`         // `narrow<T>(x)` is `static_cast<T>(x)` if `static_cast<T>(x) == x` or it throws `narrowing_error`
20839 * `[[implicit]]`   // "Marker" to put on single-argument constructors to explicitly make them non-explicit.
20840 * `move_owner`     // `p = move_owner(q)` means `p = q` but ???
20841 * `joining_thread` // a RAII style version of `std::thread` that joins.
20842 * `index`          // a type to use for all container and array indexing (currently an alias for `ptrdiff_t`)
20844 ## <a name="SS-gsl-concepts"></a>GSL.concept: Concepts
20846 These concepts (type predicates) are borrowed from
20847 Andrew Sutton's Origin library,
20848 the Range proposal,
20849 and the ISO WG21 Palo Alto TR.
20850 They are likely to be very similar to what will become part of the ISO C++ standard.
20851 The notation is that of the ISO WG21 [Concepts TS](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
20852 Most of the concepts below are defined in [the Ranges TS](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4569.pdf).
20854 * `Range`
20855 * `String`   // ???
20856 * `Number`   // ???
20857 * `Sortable`
20858 * `EqualityComparable`   // ???Must we suffer CaMelcAse???
20859 * `Convertible`
20860 * `Common`
20861 * `Boolean`
20862 * `Integral`
20863 * `SignedIntegral`
20864 * `SemiRegular` // ??? Copyable?
20865 * `Regular`
20866 * `TotallyOrdered`
20867 * `Function`
20868 * `RegularFunction`
20869 * `Predicate`
20870 * `Relation`
20871 * ...
20873 ### <a name="SS-gsl-smartptrconcepts"></a>GSL.ptr: Smart pointer concepts
20875 * `Pointer`  // A type with `*`, `->`, `==`, and default construction (default construction is assumed to set the singular "null" value)
20876 * `Unique_pointer`  // A type that matches `Pointer`, is movable, and is not copyable
20877 * `Shared_pointer`   // A type that matches `Pointer`, and is copyable
20879 # <a name="S-naming"></a>NL: Naming and layout rules
20881 Consistent naming and layout are helpful.
20882 If for no other reason because it minimizes "my style is better than your style" arguments.
20883 However, there are many, many, different styles around and people are passionate about them (pro and con).
20884 Also, most real-world projects includes code from many sources, so standardizing on a single style for all code is often impossible.
20885 After many requests for guidance from users, we present a set of rules that you might use if you have no better ideas, but the real aim is consistency, rather than any particular rule set.
20886 IDEs and tools can help (as well as hinder).
20888 Naming and layout rules:
20890 * [NL.1: Don't say in comments what can be clearly stated in code](#Rl-comments)
20891 * [NL.2: State intent in comments](#Rl-comments-intent)
20892 * [NL.3: Keep comments crisp](#Rl-comments-crisp)
20893 * [NL.4: Maintain a consistent indentation style](#Rl-indent)
20894 * [NL.5: Avoid encoding type information in names](#Rl-name-type)
20895 * [NL.7: Make the length of a name roughly proportional to the length of its scope](#Rl-name-length)
20896 * [NL.8: Use a consistent naming style](#Rl-name)
20897 * [NL.9: Use `ALL_CAPS` for macro names only](#Rl-all-caps)
20898 * [NL.10: Prefer `underscore_style` names](#Rl-camel)
20899 * [NL.11: Make literals readable](#Rl-literals)
20900 * [NL.15: Use spaces sparingly](#Rl-space)
20901 * [NL.16: Use a conventional class member declaration order](#Rl-order)
20902 * [NL.17: Use K&R-derived layout](#Rl-knr)
20903 * [NL.18: Use C++-style declarator layout](#Rl-ptr)
20904 * [NL.19: Avoid names that are easily misread](#Rl-misread)
20905 * [NL.20: Don't place two statements on the same line](#Rl-stmt)
20906 * [NL.21: Declare one name (only) per declaration](#Rl-dcl)
20907 * [NL.25: Don't use `void` as an argument type](#Rl-void)
20908 * [NL.26: Use conventional `const` notation](#Rl-const)
20910 Most of these rules are aesthetic and programmers hold strong opinions.
20911 IDEs also tend to have defaults and a range of alternatives.
20912 These rules are suggested defaults to follow unless you have reasons not to.
20914 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.
20915 We are not "legislating" (see the previous paragraph).
20916 However, we have had many requests for a set of naming and layout conventions to use when there are no external constraints.
20918 More specific and detailed rules are easier to enforce.
20920 These rules bear a strong resemblance to the recommendations in the [PPP Style Guide](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf)
20921 written in support of Stroustrup's [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html).
20923 ### <a name="Rl-comments"></a>NL.1: Don't say in comments what can be clearly stated in code
20925 ##### Reason
20927 Compilers do not read comments.
20928 Comments are less precise than code.
20929 Comments are not updated as consistently as code.
20931 ##### Example, bad
20933     auto x = m * v1 + vv;   // multiply m with v1 and add the result to vv
20935 ##### Enforcement
20937 Build an AI program that interprets colloquial English text and see if what is said could be better expressed in C++.
20939 ### <a name="Rl-comments-intent"></a>NL.2: State intent in comments
20941 ##### Reason
20943 Code says what is done, not what is supposed to be done. Often intent can be stated more clearly and concisely than the implementation.
20945 ##### Example
20947     void stable_sort(Sortable& c)
20948         // sort c in the order determined by <, keep equal elements (as defined by ==) in
20949         // their original relative order
20950     {
20951         // ... quite a few lines of non-trivial code ...
20952     }
20954 ##### Note
20956 If the comment and the code disagree, both are likely to be wrong.
20958 ### <a name="Rl-comments-crisp"></a>NL.3: Keep comments crisp
20960 ##### Reason
20962 Verbosity slows down understanding and makes the code harder to read by spreading it around in the source file.
20964 ##### Note
20966 Use intelligible English.
20967 I may be fluent in Danish, but most programmers are not; the maintainers of my code may not be.
20968 Avoid SMS lingo and watch your grammar, punctuation, and capitalization.
20969 Aim for professionalism, not "cool."
20971 ##### Enforcement
20973 not possible.
20975 ### <a name="Rl-indent"></a>NL.4: Maintain a consistent indentation style
20977 ##### Reason
20979 Readability. Avoidance of "silly mistakes."
20981 ##### Example, bad
20983     int i;
20984     for (i = 0; i < max; ++i); // bug waiting to happen
20985     if (i == j)
20986         return i;
20988 ##### Note
20990 Always indenting the statement after `if (...)`, `for (...)`, and `while (...)` is usually a good idea:
20992     if (i < 0) error("negative argument");
20994     if (i < 0)
20995         error("negative argument");
20997 ##### Enforcement
20999 Use a tool.
21001 ### <a name="Rl-name-type"></a>NL.5: Avoid encoding type information in names
21003 ##### Rationale
21005 If names reflect types rather than functionality, it becomes hard to change the types used to provide that functionality.
21006 Also, if the type of a variable is changed, code using it will have to be modified.
21007 Minimize unintentional conversions.
21009 ##### Example, bad
21011     void print_int(int i);
21012     void print_string(const char*);
21014     print_int(1);          // repetitive, manual type matching
21015     print_string("xyzzy"); // repetitive, manual type matching
21017 ##### Example, good
21019     void print(int i);
21020     void print(string_view);    // also works on any string-like sequence
21022     print(1);              // clear, automatic type matching
21023     print("xyzzy");        // clear, automatic type matching
21025 ##### Note
21027 Names with types encoded are either verbose or cryptic.
21029     printS  // print a std::string
21030     prints  // print a C-style string
21031     printi  // print an int
21033 Requiring techniques like Hungarian notation to encode a type has been used in untyped languages, but is generally unnecessary and actively harmful in a strongly statically-typed language like C++, because the annotations get out of date (the warts are just like comments and rot just like them) and they interfere with good use of the language (use the same name and overload resolution instead).
21035 ##### Note
21037 Some styles use very general (not type-specific) prefixes to denote the general use of a variable.
21039     auto p = new User();
21040     auto p = make_unique<User>();
21041     // note: "p" is not being used to say "raw pointer to type User,"
21042     //       just generally to say "this is an indirection"
21044     auto cntHits = calc_total_of_hits(/*...*/);
21045     // note: "cnt" is not being used to encode a type,
21046     //       just generally to say "this is a count of something"
21048 This is not harmful and does not fall under this guideline because it does not encode type information.
21050 ##### Note
21052 Some styles distinguish members from local variable, and/or from global variable.
21054     struct S {
21055         int m_;
21056         S(int m) :m_{abs(m)} { }
21057     };
21059 This is not harmful and does not fall under this guideline because it does not encode type information.
21061 ##### Note
21063 Like C++, some styles distinguish types from non-types.
21064 For example, by capitalizing type names, but not the names of functions and variables.
21066     typename<typename T>
21067     class HashTable {   // maps string to T
21068         // ...
21069     };
21071     HashTable<int> index;
21073 This is not harmful and does not fall under this guideline because it does not encode type information.
21075 ### <a name="Rl-name-length"></a>NL.7: Make the length of a name roughly proportional to the length of its scope
21077 **Rationale**: The larger the scope the greater the chance of confusion and of an unintended name clash.
21079 ##### Example
21081     double sqrt(double x);   // return the square root of x; x must be non-negative
21083     int length(const char* p);  // return the number of characters in a zero-terminated C-style string
21085     int length_of_string(const char zero_terminated_array_of_char[])    // bad: verbose
21087     int g;      // bad: global variable with a cryptic name
21089     int open;   // bad: global variable with a short, popular name
21091 The use of `p` for pointer and `x` for a floating-point variable is conventional and non-confusing in a restricted scope.
21093 ##### Enforcement
21097 ### <a name="Rl-name"></a>NL.8: Use a consistent naming style
21099 **Rationale**: Consistence in naming and naming style increases readability.
21101 ##### Note
21103 There are many styles and when you use multiple libraries, you can't follow all their different conventions.
21104 Choose a "house style", but leave "imported" libraries with their original style.
21106 ##### Example
21108 ISO Standard, use lower case only and digits, separate words with underscores:
21110 * `int`
21111 * `vector`
21112 * `my_map`
21114 Avoid double underscores `__`.
21116 ##### Example
21118 [Stroustrup](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf):
21119 ISO Standard, but with upper case used for your own types and concepts:
21121 * `int`
21122 * `vector`
21123 * `My_map`
21125 ##### Example
21127 CamelCase: capitalize each word in a multi-word identifier:
21129 * `int`
21130 * `vector`
21131 * `MyMap`
21132 * `myMap`
21134 Some conventions capitalize the first letter, some don't.
21136 ##### Note
21138 Try to be consistent in your use of acronyms and lengths of identifiers:
21140     int mtbf {12};
21141     int mean_time_between_failures {12}; // make up your mind
21143 ##### Enforcement
21145 Would be possible except for the use of libraries with varying conventions.
21147 ### <a name="Rl-all-caps"></a>NL.9: Use `ALL_CAPS` for macro names only
21149 ##### Reason
21151 To avoid confusing macros with names that obey scope and type rules.
21153 ##### Example
21155     void f()
21156     {
21157         const int SIZE{1000};  // Bad, use 'size' instead
21158         int v[SIZE];
21159     }
21161 ##### Note
21163 This rule applies to non-macro symbolic constants:
21165     enum bad { BAD, WORSE, HORRIBLE }; // BAD
21167 ##### Enforcement
21169 * Flag macros with lower-case letters
21170 * Flag `ALL_CAPS` non-macro names
21172 ### <a name="Rl-camel"></a>NL.10: Prefer `underscore_style` names
21174 ##### Reason
21176 The use of underscores to separate parts of a name is the original C and C++ style and used in the C++ Standard Library.
21178 ##### Note
21180 This rule is a default to use only if you have a choice.
21181 Often, you don't have a choice and must follow an established style for [consistency](#Rl-name).
21182 The need for consistency beats personal taste.
21184 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21185 This rule was added after many requests for guidance.
21187 ##### Example
21189 [Stroustrup](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf):
21190 ISO Standard, but with upper case used for your own types and concepts:
21192 * `int`
21193 * `vector`
21194 * `My_map`
21196 ##### Enforcement
21198 Impossible.
21200 ### <a name="Rl-space"></a>NL.15: Use spaces sparingly
21202 ##### Reason
21204 Too much space makes the text larger and distracts.
21206 ##### Example, bad
21208     #include < map >
21210     int main(int argc, char * argv [ ])
21211     {
21212         // ...
21213     }
21215 ##### Example
21217     #include <map>
21219     int main(int argc, char* argv[])
21220     {
21221         // ...
21222     }
21224 ##### Note
21226 Some IDEs have their own opinions and add distracting space.
21228 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21229 This rule was added after many requests for guidance.
21231 ##### Note
21233 We value well-placed whitespace as a significant help for readability. Just don't overdo it.
21235 ### <a name="Rl-literals"></a>NL.11: Make literals readable
21237 ##### Reason
21239 Readability.
21241 ##### Example
21243 Use digit separators to avoid long strings of digits
21245     auto c = 299'792'458; // m/s2
21246     auto q2 = 0b0000'1111'0000'0000;
21247     auto ss_number = 123'456'7890;
21249 ##### Example
21251 Use literal suffixes where clarification is needed
21253     auto hello = "Hello!"s; // a std::string
21254     auto world = "world";   // a C-style string
21255     auto interval = 100ms;  // using <chrono>
21257 ##### Note
21259 Literals should not be sprinkled all over the code as ["magic constants"](#Res-magic),
21260 but it is still a good idea to make them readable where they are defined.
21261 It is easy to make a typo in a long string of integers.
21263 ##### Enforcement
21265 Flag long digit sequences. The trouble is to define "long"; maybe 7.
21267 ### <a name="Rl-order"></a>NL.16: Use a conventional class member declaration order
21269 ##### Reason
21271 A conventional order of members improves readability.
21273 When declaring a class use the following order
21275 * types: classes, enums, and aliases (`using`)
21276 * constructors, assignments, destructor
21277 * functions
21278 * data
21280 Use the `public` before `protected` before `private` order.
21282 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21283 This rule was added after many requests for guidance.
21285 ##### Example
21287     class X {
21288     public:
21289         // interface
21290     protected:
21291         // unchecked function for use by derived class implementations
21292     private:
21293         // implementation details
21294     };
21296 ##### Example
21298 Sometimes, the default order of members conflicts with a desire to separate the public interface from implementation details.
21299 In such cases, private types and functions can be placed with private data.
21301     class X {
21302     public:
21303         // interface
21304     protected:
21305         // unchecked function for use by derived class implementations
21306     private:
21307         // implementation details (types, functions, and data)
21308     };
21310 ##### Example, bad
21312 Avoid multiple blocks of declarations of one access (e.g., `public`) dispersed among blocks of declarations with different access (e.g. `private`).
21314     class X {   // bad
21315     public:
21316         void f();
21317     public:
21318         int g();
21319         // ...
21320     };
21322 The use of macros to declare groups of members often leads to violation of any ordering rules.
21323 However, macros obscures what is being expressed anyway.
21325 ##### Enforcement
21327 Flag departures from the suggested order. There will be a lot of old code that doesn't follow this rule.
21329 ### <a name="Rl-knr"></a>NL.17: Use K&R-derived layout
21331 ##### Reason
21333 This is the original C and C++ layout. It preserves vertical space well. It distinguishes different language constructs (such as functions and classes) well.
21335 ##### Note
21337 In the context of C++, this style is often called "Stroustrup".
21339 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21340 This rule was added after many requests for guidance.
21342 ##### Example
21344     struct Cable {
21345         int x;
21346         // ...
21347     };
21349     double foo(int x)
21350     {
21351         if (0 < x) {
21352             // ...
21353         }
21355         switch (x) {
21356         case 0:
21357             // ...
21358             break;
21359         case amazing:
21360             // ...
21361             break;
21362         default:
21363             // ...
21364             break;
21365         }
21367         if (0 < x)
21368             ++x;
21370         if (x < 0)
21371             something();
21372         else
21373             something_else();
21375         return some_value;
21376     }
21378 Note the space between `if` and `(`
21380 ##### Note
21382 Use separate lines for each statement, the branches of an `if`, and the body of a `for`.
21384 ##### Note
21386 The `{` for a `class` and a `struct` is *not* on a separate line, but the `{` for a function is.
21388 ##### Note
21390 Capitalize the names of your user-defined types to distinguish them from standards-library types.
21392 ##### Note
21394 Do not capitalize function names.
21396 ##### Enforcement
21398 If you want enforcement, use an IDE to reformat.
21400 ### <a name="Rl-ptr"></a>NL.18: Use C++-style declarator layout
21402 ##### Reason
21404 The C-style layout emphasizes use in expressions and grammar, whereas the C++-style emphasizes types.
21405 The use in expressions argument doesn't hold for references.
21407 ##### Example
21409     T& operator[](size_t);   // OK
21410     T &operator[](size_t);   // just strange
21411     T & operator[](size_t);   // undecided
21413 ##### Note
21415 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21416 This rule was added after many requests for guidance.
21418 ##### Enforcement
21420 Impossible in the face of history.
21423 ### <a name="Rl-misread"></a>NL.19: Avoid names that are easily misread
21425 ##### Reason
21427 Readability.
21428 Not everyone has screens and printers that make it easy to distinguish all characters.
21429 We easily confuse similarly spelled and slightly misspelled words.
21431 ##### Example
21433     int oO01lL = 6; // bad
21435     int splunk = 7;
21436     int splonk = 8; // bad: splunk and splonk are easily confused
21438 ##### Enforcement
21442 ### <a name="Rl-stmt"></a>NL.20: Don't place two statements on the same line
21444 ##### Reason
21446 Readability.
21447 It is really easy to overlook a statement when there is more on a line.
21449 ##### Example
21451     int x = 7; char* p = 29;    // don't
21452     int x = 7; f(x);  ++x;      // don't
21454 ##### Enforcement
21456 Easy.
21458 ### <a name="Rl-dcl"></a>NL.21: Declare one name (only) per declaration
21460 ##### Reason
21462 Readability.
21463 Minimizing confusion with the declarator syntax.
21465 ##### Note
21467 For details, see [ES.10](#Res-name-one).
21470 ### <a name="Rl-void"></a>NL.25: Don't use `void` as an argument type
21472 ##### Reason
21474 It's verbose and only needed where C compatibility matters.
21476 ##### Example
21478     void f(void);   // bad
21480     void g();       // better
21482 ##### Note
21484 Even Dennis Ritchie deemed `void f(void)` an abomination.
21485 You can make an argument for that abomination in C when function prototypes were rare so that banning:
21487     int f();
21488     f(1, 2, "weird but valid C89");   // hope that f() is defined int f(a, b, c) char* c; { /* ... */ }
21490 would have caused major problems, but not in the 21st century and in C++.
21492 ### <a name="Rl-const"></a>NL.26: Use conventional `const` notation
21494 ##### Reason
21496 Conventional notation is more familiar to more programmers.
21497 Consistency in large code bases.
21499 ##### Example
21501     const int x = 7;    // OK
21502     int const y = 9;    // bad
21504     const int *const p = nullptr;   // OK, constant pointer to constant int
21505     int const *const p = nullptr;   // bad, constant pointer to constant int
21507 ##### Note
21509 We are well aware that you could claim the "bad" examples more logical than the ones marked "OK",
21510 but they also confuse more people, especially novices relying on teaching material using the far more common, conventional OK style.
21512 As ever, remember that the aim of these naming and layout rules is consistency and that aesthetics vary immensely.
21514 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21515 This rule was added after many requests for guidance.
21517 ##### Enforcement
21519 Flag `const` used as a suffix for a type.
21521 # <a name="S-faq"></a>FAQ: Answers to frequently asked questions
21523 This section covers answers to frequently asked questions about these guidelines.
21525 ### <a name="Faq-aims"></a>FAQ.1: What do these guidelines aim to achieve?
21527 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.
21529 ### <a name="Faq-announced"></a>FAQ.2: When and where was this work first announced?
21531 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).
21533 ### <a name="Faq-maintainers"></a>FAQ.3: Who are the authors and maintainers of these guidelines?
21535 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!"
21537 ### <a name="Faq-contribute"></a>FAQ.4: How can I contribute?
21539 See [CONTRIBUTING.md](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/CONTRIBUTING.md). We appreciate volunteer help!
21541 ### <a name="Faq-maintainer"></a>FAQ.5: How can I become an editor/maintainer?
21543 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!
21545 ### <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?
21547 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.
21549 ### <a name="Faq-isocpp"></a>FAQ.7: If these guidelines are not approved by the committee, why are they under `github.com/isocpp`?
21551 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.
21553 ### <a name="Faq-cpp98"></a>FAQ.8: Will there be a C++98 version of these Guidelines? a C++11 version?
21555 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.
21557 ### <a name="Faq-language-extensions"></a>FAQ.9: Do these guidelines propose new language features?
21559 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.
21561 ### <a name="Faq-markdown"></a>FAQ.10: What version of Markdown do these guidelines use?
21563 These coding standards are written using [CommonMark](http://commonmark.org), and `<a>` HTML anchors.
21565 We are considering the following extensions from [GitHub Flavored Markdown (GFM)](https://help.github.com/articles/github-flavored-markdown/):
21567 * fenced code blocks (consistently using indented vs. fenced is under discussion)
21568 * tables (none yet but we'll likely need them, and this is a GFM extension)
21570 Avoid other HTML tags and other extensions.
21572 Note: We are not yet consistent with this style.
21574 ### <a name="Faq-gsl"></a>FAQ.50: What is the GSL (guidelines support library)?
21576 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.
21578 ### <a name="Faq-msgsl"></a>FAQ.51: Is [github.com/Microsoft/GSL](https://github.com/Microsoft/GSL) the GSL?
21580 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.
21582 ### <a name="Faq-gsl-implementation"></a>FAQ.52: Why not supply an actual GSL implementation in/with these guidelines?
21584 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.
21586 ### <a name="Faq-boost"></a>FAQ.53: Why weren't the GSL types proposed through Boost?
21588 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.
21590 ### <a name="Faq-gsl-iso"></a>FAQ.54: Has the GSL (guidelines support library) been approved by the ISO C++ standards committee?
21592 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.
21594 ### <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`?
21596 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.
21598 ### <a name="Faq-gsl-owner"></a>FAQ.56: Is `owner` the same as the proposed `observer_ptr`?
21600 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.
21602 ### <a name="Faq-gsl-stack-array"></a>FAQ.57: Is `stack_array` the same as the standard `array`?
21604 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.
21606 ### <a name="Faq-gsl-dyn-array"></a>FAQ.58: Is `dyn_array` the same as `vector` or the proposed `dynarray`?
21608 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.
21610 ### <a name="Faq-gsl-expects"></a>FAQ.59: Is `Expects` the same as `assert`?
21612 No. It is a placeholder for language support for contract preconditions.
21614 ### <a name="Faq-gsl-ensures"></a>FAQ.60: Is `Ensures` the same as `assert`?
21616 No. It is a placeholder for language support for contract postconditions.
21618 # <a name="S-libraries"></a>Appendix A: Libraries
21620 This section lists recommended libraries, and explicitly recommends a few.
21622 ??? Suitable for the general guide? I think not ???
21624 # <a name="S-modernizing"></a>Appendix B: Modernizing code
21626 Ideally, we follow all rules in all code.
21627 Realistically, we have to deal with a lot of old code:
21629 * application code written before the guidelines were formulated or known
21630 * libraries written to older/different standards
21631 * code written under "unusual" constraints
21632 * code that we just haven't gotten around to modernizing
21634 If we have a million lines of new code, the idea of "just changing it all at once" is typically unrealistic.
21635 Thus, we need a way of gradually modernizing a code base.
21637 Upgrading older code to modern style can be a daunting task.
21638 Often, the old code is both a mess (hard to understand) and working correctly (for the current range of uses).
21639 Typically, the original programmer is not around and the test cases incomplete.
21640 The fact that the code is a mess dramatically increases the effort needed to make any change and the risk of introducing errors.
21641 Often, messy old code runs unnecessarily slowly because it requires outdated compilers and cannot take advantage of modern hardware.
21642 In many cases, automated "modernizer"-style tool support would be required for major upgrade efforts.
21644 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.
21645 Making code "look pretty" or "follow modern style" are not by themselves reasons for change.
21646 There are risks implied by every change and costs (including the cost of lost opportunities) implied by having an outdated code base.
21647 The cost reductions must outweigh the risks.
21649 But how?
21651 There is no one approach to modernizing code.
21652 How best to do it depends on the code, the pressure for updates, the backgrounds of the developers, and the available tool.
21653 Here are some (very general) ideas:
21655 * The ideal is "just upgrade everything." That gives the most benefits for the shortest total time.
21656   In most circumstances, it is also impossible.
21657 * 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.
21658 * 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.
21659 * We could start by focusing on the interfaces, e.g., make sure that no resources are lost and no pointer is misused.
21660   This would be a set of changes across the whole code base, but would most likely have huge benefits.
21661   Afterwards, code hidden behind those interfaces can be gradually modernized without affecting other code.
21663 Whichever way you choose, please note that the most advantages come with the highest conformance to the guidelines.
21664 The guidelines are not a random set of unrelated rules where you can randomly pick and choose with an expectation of success.
21666 We would dearly love to hear about experience and about tools used.
21667 Modernization can be much faster, simpler, and safer when supported with analysis tools and even code transformation tools.
21669 # <a name="S-discussion"></a>Appendix C: Discussion
21671 This section contains follow-up material on rules and sets of rules.
21672 In particular, here we present further rationale, longer examples, and discussions of alternatives.
21674 ### <a name="Sd-order"></a>Discussion: Define and initialize member variables in the order of member declaration
21676 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.
21678     class Employee {
21679         string email, first, last;
21680     public:
21681         Employee(const char* firstName, const char* lastName);
21682         // ...
21683     };
21685     Employee::Employee(const char* firstName, const char* lastName)
21686       : first(firstName),
21687         last(lastName),
21688         // BAD: first and last not yet constructed
21689         email(first + "." + last + "@acme.com")
21690     {}
21692 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.
21694 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.
21696 **References**:
21698 [\[Cline99\]](#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
21700 ### <a name="Sd-init"></a>Discussion: Use of `=`, `{}`, and `()` as initializers
21704 ### <a name="Sd-factory"></a>Discussion: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization
21706 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:
21708 * *Pass the buck:* Just document that user code must call the post-initialization function right after constructing an object.
21709 * *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.
21710 * *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).)
21711 * *Use a factory function:* This way, you can easily force a mandatory invocation of a post-constructor function.
21713 Here is an example of the last option:
21715     class B {
21716     public:
21717         B() {
21718             /* ... */
21719             f(); // BAD: C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors
21720             /* ... */
21721         }
21723         virtual void f() = 0;
21724     };
21726     class B {
21727     protected:
21728         class Token {};
21730     public:
21731         // constructor needs to be public so that make_shared can access it.
21732         // protected access level is gained by requiring a Token.
21733         explicit B(Token) { /* ... */ }  // create an imperfectly initialized object
21734         virtual void f() = 0;
21736         template<class T>
21737         static shared_ptr<T> create()    // interface for creating shared objects
21738         {
21739             auto p = make_shared<T>(typename T::Token{});
21740             p->post_initialize();
21741             return p;
21742         }
21744     protected:
21745         virtual void post_initialize()   // called right after construction
21746             { /* ... */ f(); /* ... */ } // GOOD: virtual dispatch is safe
21747         }
21748     };
21751     class D : public B {                 // some derived class
21752     protected:
21753         class Token {};
21755     public:
21756         // constructor needs to be public so that make_shared can access it.
21757         // protected access level is gained by requiring a Token.
21758         explicit D(Token) : B{ B::Token{} } {}
21759         void f() override { /* ...  */ };
21761     protected:
21762         template<class T>
21763         friend shared_ptr<T> B::create();
21764     };
21766     shared_ptr<D> p = D::create<D>();    // creating a D object
21768 This design requires the following discipline:
21770 * Derived classes such as `D` must not expose a publicly callable constructor. Otherwise, `D`'s users could create `D` objects that don't invoke `post_initialize`.
21771 * Allocation is limited to `operator new`. `B` can, however, override `new` (see Items 45 and 46 in [SuttAlex05](#SuttAlex05)).
21772 * `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.
21774 If the requirements above are met, the design guarantees that `post_initialize` has been called for any fully constructed `B`-derived object. `post_initialize` doesn't need to be virtual; it can, however, invoke virtual functions freely.
21776 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).
21778 **References**: [\[Alexandrescu01\]](#Alexandrescu01) §3, [\[Boost\]](#Boost), [\[Dewhurst03\]](#Dewhurst03) §75, [\[Meyers97\]](#Meyers97) §46, [\[Stroustrup00\]](#Stroustrup00) §15.4.3, [\[Taligent94\]](#Taligent94)
21780 ### <a name="Sd-dtor"></a>Discussion: Make base class destructors public and virtual, or protected and non-virtual
21782 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 non-virtual since it doesn't need to behave virtually.
21784 ##### Example
21786 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>`:
21788     class Base {
21789     public:
21790         ~Base();                   // BAD, not virtual
21791         virtual ~Base();           // GOOD
21792         // ...
21793     };
21795     class Derived : public Base { /* ... */ };
21797     {
21798         unique_ptr<Base> pb = make_unique<Derived>();
21799         // ...
21800     } // ~pb invokes correct destructor only when ~Base is virtual
21802 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 non-virtual:
21804     class My_policy {
21805     public:
21806         virtual ~My_policy();      // BAD, public and virtual
21807     protected:
21808         ~My_policy();              // GOOD
21809         // ...
21810     };
21812     template<class Policy>
21813     class customizable : Policy { /* ... */ }; // note: private inheritance
21815 ##### Note
21817 This simple guideline illustrates a subtle issue and reflects modern uses of inheritance and object-oriented design principles.
21819 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 non-virtual (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.
21821 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:
21823 * Whether it should behave virtually or not.
21824 * Whether it should be publicly available to all callers using a pointer to `Base` or else be a hidden internal implementation detail.
21826 As described in Item 39, for a normal member function, the choice is between allowing it to be called via a pointer to `Base` non-virtually (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.
21828 Destruction can be viewed as just another operation, albeit with special semantics that make non-virtual 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; "non-virtually" is not an option. Hence, a base class destructor is virtual if it can be called (i.e., is public), and non-virtual otherwise.
21830 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.)
21832 Corollary: When writing a base class, always write a destructor explicitly, because the implicitly generated one is public and non-virtual. 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.
21834 ##### Exception
21836 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.
21838 Consider also this rare case:
21840 * `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.
21841 * 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.
21843 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.
21845 In this rare case, you could make the destructor public and non-virtual but clearly document that further-derived objects must not be used polymorphically as `B`'s. This is what was done with `std::unary_function`.
21847 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 non-virtual destructor.
21849 **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
21851 ### <a name="Sd-noexcept"></a>Discussion: Usage of noexcept
21855 ### <a name="Sd-never-fail"></a>Discussion: Destructors, deallocation, and swap must never fail
21857 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.
21859 ##### Example
21861     class Nefarious {
21862     public:
21863         Nefarious()  { /* code that could throw */ }   // ok
21864         ~Nefarious() { /* code that could throw */ }   // BAD, should not throw
21865         // ...
21866     };
21868 1. `Nefarious` objects are hard to use safely even as local variables:
21871         void test(string& s)
21872         {
21873             Nefarious n;          // trouble brewing
21874             string copy = s;      // copy the string
21875         } // destroy copy and then n
21877     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.
21879 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:
21882         class Innocent_bystander {
21883             Nefarious member;     // oops, poisons the enclosing class's destructor
21884             // ...
21885         };
21887         void test(string& s)
21888         {
21889             Innocent_bystander i; // more trouble brewing
21890             string copy2 = s;      // copy the string
21891         } // destroy copy and then i
21893     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`.
21895 3. You can't reliably create global or static `Nefarious` objects either:
21898         static Nefarious n;       // oops, any destructor exception can't be caught
21900 4. You can't reliably create arrays of `Nefarious`:
21903         void test()
21904         {
21905             std::array<Nefarious, 10> arr; // this line can std::terminate(!)
21906         }
21908     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.
21910 5. You can't use `Nefarious` objects in standard containers:
21913         std::vector<Nefarious> vec(10);   // this line can std::terminate()
21915     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.
21917 ##### Note
21919 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.
21921 Consider the following advice and requirements found in the C++ Standard:
21923 > 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)
21925 > 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)
21927 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.
21928 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`:
21930     T& T::operator=(const T& other) {
21931         auto temp = other;
21932         swap(temp);
21933         return *this;
21934     }
21936 (See also Item 56. ???)
21938 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).
21940 When using exceptions as your error handling mechanism, always document this behavior by declaring these functions `noexcept`. (See Item 75.)
21942 **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
21944 ## <a name="Sd-consistent"></a>Define Copy, move, and destroy consistently
21946 ##### Reason
21948  ???
21950 ##### Note
21952 If you define a copy constructor, you must also define a copy assignment operator.
21954 ##### Note
21956 If you define a move constructor, you must also define a move assignment operator.
21958 ##### Example
21960     class X {
21961     public:
21962         X(const X&) { /* stuff */ }
21964         // BAD: failed to also define a copy assignment operator
21966         X(x&&) noexcept { /* stuff */ }
21968         // BAD: failed to also define a move assignment operator
21970         // ...
21971     };
21973     X x1;
21974     X x2 = x1; // ok
21975     x2 = x1;   // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
21977 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.
21979     class X {
21980         HANDLE hnd;
21981         // ...
21982     public:
21983         ~X() { /* custom stuff, such as closing hnd */ }
21984         // suspicious: no mention of copying or moving -- what happens to hnd?
21985     };
21987     X x1;
21988     X x2 = x1; // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
21989     x2 = x1;   // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
21991 If you define copying, and any base or member has a type that defines a move operation, you should also define a move operation.
21993     class X {
21994         string s; // defines more efficient move operations
21995         // ... other data members ...
21996     public:
21997         X(const X&) { /* stuff */ }
21998         X& operator=(const X&) { /* stuff */ }
22000         // BAD: failed to also define a move construction and move assignment
22001         // (why wasn't the custom "stuff" repeated here?)
22002     };
22004     X test()
22005     {
22006         X local;
22007         // ...
22008         return local;  // pitfall: will be inefficient and/or do the wrong thing
22009     }
22011 If you define any of the copy constructor, copy assignment operator, or destructor, you probably should define the others.
22013 ##### Note
22015 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:
22017 * 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.)
22018 * 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.
22019 * 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.
22021 In many cases, holding properly encapsulated resources using RAII "owning" objects can eliminate the need to write these operations yourself. (See Item 13.)
22023 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.
22025 **Exceptions**: When any of the special functions are declared only to make them non-public or virtual, but without special semantics, it doesn't imply that the others are needed.
22026 In rare cases, classes that have members of strange types (such as reference members) are an exception because they have peculiar copy semantics.
22027 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.)
22029 **References**: [\[C++CS\]](#CplusplusCS) Item 52; [\[Cline99\]](#Cline99) §30.01-14, [\[Koenig97\]](#Koenig97) §4, [\[Stroustrup00\]](#Stroustrup00) §5.5, §10.4, [\[SuttHysl04b\]](#SuttHysl04b)
22031 Resource management rule summary:
22033 * [Provide strong resource safety; that is, never leak anything that you think of as a resource](#Cr-safety)
22034 * [Never throw while holding a resource not owned by a handle](#Cr-never)
22035 * [A "raw" pointer or reference is never a resource handle](#Cr-raw)
22036 * [Never let a pointer outlive the object it points to](#Cr-outlive)
22037 * [Use templates to express containers (and other resource handles)](#Cr-templates)
22038 * [Return containers by value (relying on move or copy elision for efficiency)](#Cr-value-return)
22039 * [If a class is a resource handle, it needs a constructor, a destructor, and copy and/or move operations](#Cr-handle)
22040 * [If a class is a container, give it an initializer-list constructor](#Cr-list)
22042 ### <a name="Cr-safety"></a>Discussion: Provide strong resource safety; that is, never leak anything that you think of as a resource
22044 ##### Reason
22046 Prevent leaks. Leaks can lead to performance degradation, mysterious error, system crashes, and security violations.
22048 **Alternative formulation**: Have every resource represented as an object of some class managing its lifetime.
22050 ##### Example
22052     template<class T>
22053     class Vector {
22054     private:
22055         T* elem;   // sz elements on the free store, owned by the class object
22056         int sz;
22057         // ...
22058     };
22060 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.).
22062 ##### Example
22064     ??? "odd" non-memory resource ???
22066 ##### Enforcement
22068 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.
22070 ### <a name="Cr-never"></a>Discussion: Never throw while holding a resource not owned by a handle
22072 ##### Reason
22074 That would be a leak.
22076 ##### Example
22078     void f(int i)
22079     {
22080         FILE* f = fopen("a file", "r");
22081         ifstream is { "another file" };
22082         // ...
22083         if (i == 0) return;
22084         // ...
22085         fclose(f);
22086     }
22088 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:
22090     void f(int i)
22091     {
22092         unique_ptr<FILE, int(*)(FILE*)> f(fopen("a file", "r"), fclose);
22093         // ...
22094         if (i == 0) return;
22095         // ...
22096     }
22098 Better:
22100     void f(int i)
22101     {
22102         ifstream input {"a file"};
22103         // ...
22104         if (i == 0) return;
22105         // ...
22106     }
22108 ##### Enforcement
22110 A checker must consider all "naked pointers" suspicious.
22111 A checker probably must rely on a human-provided list of resources.
22112 For starters, we know about the standard-library containers, `string`, and smart pointers.
22113 The use of `span` and `string_span` should help a lot (they are not resource handles).
22115 ### <a name="Cr-raw"></a>Discussion: A "raw" pointer or reference is never a resource handle
22117 ##### Reason
22119 To be able to distinguish owners from views.
22121 ##### Note
22123 This is independent of how you "spell" pointer: `T*`, `T&`, `Ptr<T>` and `Range<T>` are not owners.
22125 ### <a name="Cr-outlive"></a>Discussion: Never let a pointer outlive the object it points to
22127 ##### Reason
22129 To avoid extremely hard-to-find errors. Dereferencing such a pointer is undefined behavior and could lead to violations of the type system.
22131 ##### Example
22133     string* bad()   // really bad
22134     {
22135         vector<string> v = { "This", "will", "cause", "trouble", "!" };
22136         // leaking a pointer into a destroyed member of a destroyed object (v)
22137         return &v[0];
22138     }
22140     void use()
22141     {
22142         string* p = bad();
22143         vector<int> xx = {7, 8, 9};
22144         // undefined behavior: x may not be the string "This"
22145         string x = *p;
22146         // undefined behavior: we don't know what (if anything) is allocated a location p
22147         *p = "Evil!";
22148     }
22150 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.
22152 ##### Enforcement
22154 Most compilers already warn about simple cases and have the information to do more. Consider any pointer returned from a function suspect. Use containers, resource handles, and views (e.g., `span` known not to be resource handles) to lower the number of cases to be examined. For starters, consider every class with a destructor as resource handle.
22156 ### <a name="Cr-templates"></a>Discussion: Use templates to express containers (and other resource handles)
22158 ##### Reason
22160 To provide statically type-safe manipulation of elements.
22162 ##### Example
22164     template<typename T> class Vector {
22165         // ...
22166         T* elem;   // point to sz elements of type T
22167         int sz;
22168     };
22170 ### <a name="Cr-value-return"></a>Discussion: Return containers by value (relying on move or copy elision for efficiency)
22172 ##### Reason
22174 To simplify code and eliminate a need for explicit memory management. To bring an object into a surrounding scope, thereby extending its lifetime.
22176 **See also**: [F.20, the general item about "out" output values](#Rf-out)
22178 ##### Example
22180     vector<int> get_large_vector()
22181     {
22182         return ...;
22183     }
22185     auto v = get_large_vector(); //  return by value is ok, most modern compilers will do copy elision
22187 ##### Exception
22189 See the Exceptions in [F.20](#Rf-out).
22191 ##### Enforcement
22193 Check for pointers and references returned from functions and see if they are assigned to resource handles (e.g., to a `unique_ptr`).
22195 ### <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
22197 ##### Reason
22199 To provide complete control of the lifetime of the resource. To provide a coherent set of operations on the resource.
22201 ##### Example
22203     ??? Messing with pointers
22205 ##### Note
22207 If all members are resource handles, rely on the default special operations where possible.
22209     template<typename T> struct Named {
22210         string name;
22211         T value;
22212     };
22214 Now `Named` has a default constructor, a destructor, and efficient copy and move operations, provided `T` has.
22216 ##### Enforcement
22218 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.
22220 ### <a name="Cr-list"></a>Discussion: If a class is a container, give it an initializer-list constructor
22222 ##### Reason
22224 It is common to need an initial set of elements.
22226 ##### Example
22228     template<typename T> class Vector {
22229     public:
22230         Vector(std::initializer_list<T>);
22231         // ...
22232     };
22234     Vector<string> vs { "Nygaard", "Ritchie" };
22236 ##### Enforcement
22238 When is a class a container? ???
22240 # <a name="S-tools"></a>Appendix D: Supporting tools
22242 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
22243 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.
22245 ### <a name="St-clangtidy"></a>Tools: [Clang-tidy](http://clang.llvm.org/extra/clang-tidy/checks/list.html)
22247 Clang-tidy has a set of rules that specifically enforce the C++ Core Guidelines. These rules are named in the pattern `cppcoreguidelines-*`.
22249 ### <a name="St-cppcorecheck"></a>Tools: [CppCoreCheck](https://docs.microsoft.com/en-us/visualstudio/code-quality/using-the-cpp-core-guidelines-checkers)
22251 The Microsoft compiler's C++ code analysis contains a set of rules specifically aimed at enforcement of the C++ Core Guidelines.
22253 # <a name="S-glossary"></a>Glossary
22255 A relatively informal definition of terms used in the guidelines
22256 (based off the glossary in [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html))
22258 More information on many topics about C++ can be found on the [Standard C++ Foundation](https://isocpp.org)'s site.
22260 * *ABI*: Application Binary Interface, a specification for a specific hardware platform combined with the operating system. Contrast with API.
22261 * *abstract class*: a class that cannot be directly used to create objects; often used to define an interface to derived classes.
22262   A class is made abstract by having a pure virtual function or only protected constructors.
22263 * *abstraction*: a description of something that selectively and deliberately ignores (hides) details (e.g., implementation details); selective ignorance.
22264 * *address*: a value that allows us to find an object in a computer's memory.
22265 * *algorithm*: a procedure or formula for solving a problem; a finite series of computational steps to produce a result.
22266 * *alias*: an alternative way of referring to an object; often a name, pointer, or reference.
22267 * *API*: Application Programming Interface, a set of functions that form the communication between various software components. Contrast with ABI.
22268 * *application*: a program or a collection of programs that is considered an entity by its users.
22269 * *approximation*: something (e.g., a value or a design) that is close to the perfect or ideal (value or design).
22270   Often an approximation is a result of trade-offs among ideals.
22271 * *argument*: a value passed to a function or a template, in which it is accessed through a parameter.
22272 * *array*: a homogeneous sequence of elements, usually numbered, e.g., `[0:max)`.
22273 * *assertion*: a statement inserted into a program to state (assert) that something must always be true at this point in the program.
22274 * *base class*: a class used as the base of a class hierarchy. Typically a base class has one or more virtual functions.
22275 * *bit*: the basic unit of information in a computer. A bit can have the value 0 or the value 1.
22276 * *bug*: an error in a program.
22277 * *byte*: the basic unit of addressing in most computers. Typically, a byte holds 8 bits.
22278 * *class*: a user-defined type that may contain data members, function members, and member types.
22279 * *code*: a program or a part of a program; ambiguously used for both source code and object code.
22280 * *compiler*: a program that turns source code into object code.
22281 * *complexity*: a hard-to-precisely-define notion or measure of the difficulty of constructing a solution to a problem or of the solution itself.
22282   Sometimes complexity is used to (simply) mean an estimate of the number of operations needed to execute an algorithm.
22283 * *computation*: the execution of some code, usually taking some input and producing some output.
22284 * *concept*: (1) a notion, and idea; (2) a set of requirements, usually for a template argument.
22285 * *concrete class*: class for which objects can be created using usual construction syntax (e.g., on the stack) and the resulting object behaves much like an `int` as it comes to copying, comparison, and such
22286 (as opposed to a base class in a hierarchy).
22287 * *constant*: a value that cannot be changed (in a given scope); not mutable.
22288 * *constructor*: an operation that initializes ("constructs") an object.
22289   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).
22290 * *container*: an object that holds elements (other objects).
22291 * *copy*: an operation that makes two object have values that compare equal. See also move.
22292 * *correctness*: a program or a piece of a program is correct if it meets its specification.
22293   Unfortunately, a specification can be incomplete or inconsistent, or can fail to meet users' reasonable expectations.
22294   Thus, to produce acceptable code, we sometimes have to do more than just follow the formal specification.
22295 * *cost*: the expense (e.g., in programmer time, run time, or space) of producing a program or of executing it.
22296   Ideally, cost should be a function of complexity.
22297 * *customization point*: ???
22298 * *data*: values used in a computation.
22299 * *debugging*: the act of searching for and removing errors from a program; usually far less systematic than testing.
22300 * *declaration*: the specification of a name with its type in a program.
22301 * *definition*: a declaration of an entity that supplies all information necessary to complete a program using the entity.
22302   Simplified definition: a declaration that allocates memory.
22303 * *derived class*: a class derived from one or more base classes.
22304 * *design*: an overall description of how a piece of software should operate to meet its specification.
22305 * *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.
22306 * *encapsulation*: protecting something meant to be private (e.g., implementation details) from unauthorized access.
22307 * *error*: a mismatch between reasonable expectations of program behavior (often expressed as a requirement or a users' guide) and what a program actually does.
22308 * *executable*: a program ready to be run (executed) on a computer.
22309 * *feature creep*: a tendency to add excess functionality to a program "just in case."
22310 * *file*: a container of permanent information in a computer.
22311 * *floating-point number*: a computer's approximation of a real number, such as 7.93 and 10.78e-3.
22312 * *function*: a named unit of code that can be invoked (called) from different parts of a program; a logical unit of computation.
22313 * *generic programming*: a style of programming focused on the design and efficient implementation of algorithms.
22314   A generic algorithm will work for all argument types that meet its requirements. In C++, generic programming typically uses templates.
22315 * *global variable*: technically, a named object in namespace scope.
22316 * *handle*: a class that allows access to another through a member pointer or reference. See also resource, copy, move.
22317 * *header*: a file containing declarations used to share interfaces between parts of a program.
22318 * *hiding*: the act of preventing a piece of information from being directly seen or accessed.
22319   For example, a name from a nested (inner) scope can prevent that same name from an outer (enclosing) scope from being directly used.
22320 * *ideal*: the perfect version of something we are striving for. Usually we have to make trade-offs and settle for an approximation.
22321 * *implementation*: (1) the act of writing and testing code; (2) the code that implements a program.
22322 * *infinite loop*: a loop where the termination condition never becomes true. See iteration.
22323 * *infinite recursion*: a recursion that doesn't end until the machine runs out of memory to hold the calls.
22324   In reality, such recursion is never infinite but is terminated by some hardware error.
22325 * *information hiding*: the act of separating interface and implementation, thus hiding implementation details not meant for the user's attention and providing an abstraction.
22326 * *initialize*: giving an object its first (initial) value.
22327 * *input*: values used by a computation (e.g., function arguments and characters typed on a keyboard).
22328 * *integer*: a whole number, such as 42 and -99.
22329 * *interface*: a declaration or a set of declarations specifying how a piece of code (such as a function or a class) can be called.
22330 * *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.
22331 * *iteration*: the act of repeatedly executing a piece of code; see recursion.
22332 * *iterator*: an object that identifies an element of a sequence.
22333 * *ISO*: International Organization for Standardization. The C++ language is an ISO standard, ISO/IEC 14882. More information at [iso.org](http://iso.org).
22334 * *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.
22335 * *lifetime*: the time from the initialization of an object until it becomes unusable (goes out of scope, is deleted, or the program terminates).
22336 * *linker*: a program that combines object code files and libraries into an executable program.
22337 * *literal*: a notation that directly specifies a value, such as 12 specifying the integer value "twelve."
22338 * *loop*: a piece of code executed repeatedly; in C++, typically a for-statement or a `while`-statement.
22339 * *move*: an operation that transfers a value from one object to another leaving behind a value representing "empty." See also copy.
22340 * *mutable*: changeable; the opposite of immutable, constant, and invariable.
22341 * *object*: (1) an initialized region of memory of a known type which holds a value of that type; (2) a region of memory.
22342 * *object code*: output from a compiler intended as input for a linker (for the linker to produce executable code).
22343 * *object file*: a file containing object code.
22344 * *object-oriented programming*: (OOP) a style of programming focused on the design and use of classes and class hierarchies.
22345 * *operation*: something that can perform some action, such as a function and an operator.
22346 * *output*: values produced by a computation (e.g., a function result or lines of characters written on a screen).
22347 * *overflow*: producing a value that cannot be stored in its intended target.
22348 * *overload*: defining two functions or operators with the same name but different argument (operand) types.
22349 * *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.
22350 * *owner*: an object responsible for releasing a resource.
22351 * *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.
22352 * *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.
22353 * *pointer*: (1) a value used to identify a typed object in memory; (2) a variable holding such a value.
22354 * *post-condition*: a condition that must hold upon exit from a piece of code, such as a function or a loop.
22355 * *pre-condition*: a condition that must hold upon entry into a piece of code, such as a function or a loop.
22356 * *program*: code (possibly with associated data) that is sufficiently complete to be executed by a computer.
22357 * *programming*: the art of expressing solutions to problems as code.
22358 * *programming language*: a language for expressing programs.
22359 * *pseudo code*: a description of a computation written in an informal notation rather than a programming language.
22360 * *pure virtual function*: a virtual function that must be overridden in a derived class.
22361 * *RAII*: ("Resource Acquisition Is Initialization") a basic technique for resource management based on scopes.
22362 * *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.
22363 * *recursion*: the act of a function calling itself; see also iteration.
22364 * *reference*: (1) a value describing the location of a typed value in memory; (2) a variable holding such a value.
22365 * *regular expression*: a notation for patterns in character strings.
22366 * *regular*: a type that behaves similarly to built-in types like `int` and can be compared with `==`.
22367 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*.
22368 * *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.
22369 * *resource*: something that is acquired and must later be released, such as a file handle, a lock, or memory. See also handle, owner.
22370 * *rounding*: conversion of a value to the mathematically nearest value of a less precise type.
22371 * *RTTI*: Run-Time Type Information. ???
22372 * *scope*: the region of program text (source code) in which a name can be referred to.
22373 * *semiregular*: a type that behaves roughly like an built-in type like `int`, but possibly without a `==` operator. See also *regular type*.
22374 * *sequence*: elements that can be visited in a linear order.
22375 * *software*: a collection of pieces of code and associated data; often used interchangeably with program.
22376 * *source code*: code as produced by a programmer and (in principle) readable by other programmers.
22377 * *source file*: a file containing source code.
22378 * *specification*: a description of what a piece of code should do.
22379 * *standard*: an officially agreed upon definition of something, such as a programming language.
22380 * *state*: a set of values.
22381 * *STL*: the containers, iterators, and algorithms part of the standard library.
22382 * *string*: a sequence of characters.
22383 * *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.
22384 * *subtype*: derived type; a type that has all the properties of a type and possibly more.
22385 * *supertype*: base type; a type that has a subset of the properties of a type.
22386 * *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.
22387 * *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.
22388 * *template*: a class or a function parameterized by one or more types or (compile-time) values; the basic C++ language construct supporting generic programming.
22389 * *testing*: a systematic search for errors in a program.
22390 * *trade-off*: the result of balancing several design and implementation criteria.
22391 * *truncation*: loss of information in a conversion from a type into another that cannot exactly represent the value to be converted.
22392 * *type*: something that defines a set of possible values and a set of operations for an object.
22393 * *uninitialized*: the (undefined) state of an object before it is initialized.
22394 * *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.
22395 * *use case*: a specific (typically simple) use of a program meant to test its functionality and demonstrate its purpose.
22396 * *value*: a set of bits in memory interpreted according to a type.
22397 * *variable*: a named object of a given type; contains a value unless uninitialized.
22398 * *virtual function*: a member function that can be overridden in a derived class.
22399 * *word*: a basic unit of memory in a computer, often the unit used to hold an integer.
22401 # <a name="S-unclassified"></a>To-do: Unclassified proto-rules
22403 This is our to-do list.
22404 Eventually, the entries will become rules or parts of rules.
22405 Alternatively, we will decide that no change is needed and delete the entry.
22407 * No long-distance friendship
22408 * Should physical design (what's in a file) and large-scale design (libraries, groups of libraries) be addressed?
22409 * Namespaces
22410 * Avoid using directives in the global scope (except for std, and other "fundamental" namespaces (e.g. experimental))
22411 * 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?
22412 * Should there be inline namespaces (à la `std::literals::*_literals`)?
22413 * Avoid implicit conversions
22414 * 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
22415 * Always initialize variables, use initialization lists for member variables.
22416 * 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. :)
22417 * Use `const`-ness wherever possible: member functions, variables and (yippee) `const_iterators`
22418 * Use `auto`
22419 * `(size)` vs. `{initializers}` vs. `{Extent{size}}`
22420 * Don't overabstract
22421 * Never pass a pointer down the call stack
22422 * falling through a function bottom
22423 * 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?
22424 * 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?
22425 * Speaking of lambdas, what would weigh in on the decision between lambdas and (local?) classes in algorithm calls and other callback scenarios?
22426 * 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?
22427 * What to do with leaks out of temporaries? : `p = (s1 + s2).c_str();`
22428 * pointer/iterator invalidation leading to dangling pointers:
22430         void bad()
22431         {
22432             int* p = new int[700];
22433             int* q = &p[7];
22434             delete p;
22436             vector<int> v(700);
22437             int* q2 = &v[7];
22438             v.resize(900);
22440             // ... use q and q2 ...
22441         }
22443 * LSP
22444 * private inheritance vs/and membership
22445 * avoid static class members variables (race conditions, almost-global variables)
22447 * Use RAII lock guards (`lock_guard`, `unique_lock`, `shared_lock`), never call `mutex.lock` and `mutex.unlock` directly (RAII)
22448 * Prefer non-recursive locks (often used to work around bad reasoning, overhead)
22449 * 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`?
22450 * If two or more mutexes must be acquired at the same time, use `std::lock` (or another deadlock avoidance algorithm?)
22451 * 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.
22452 * 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)
22453 * 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)
22454 * 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)
22456 * rules for arithmetic
22458 # Bibliography
22460 * <a name="Abrahams01"></a>
22461   \[Abrahams01]:  D. Abrahams. [Exception-Safety in Generic Components](http://www.boost.org/community/exception_safety.html).
22462 * <a name="Alexandrescu01"></a>
22463   \[Alexandrescu01]:  A. Alexandrescu. Modern C++ Design (Addison-Wesley, 2001).
22464 * <a name="Cplusplus03"></a>
22465   \[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).
22466 * <a name="CplusplusCS"></a>
22467   \[C++CS]:           ???
22468 * <a name="Cargill92"></a>
22469   \[Cargill92]:       T. Cargill. C++ Programming Style (Addison-Wesley, 1992).
22470 * <a name="Cline99"></a>
22471   \[Cline99]:         M. Cline, G. Lomow, and M. Girou. C++ FAQs (2ndEdition) (Addison-Wesley, 1999).
22472 * <a name="Dewhurst03"></a>
22473   \[Dewhurst03]:      S. Dewhurst. C++ Gotchas (Addison-Wesley, 2003).
22474 * <a name="Henricson97"></a>
22475   \[Henricson97]:     M. Henricson and E. Nyquist. Industrial Strength C++ (Prentice Hall, 1997).
22476 * <a name="Koenig97"></a>
22477   \[Koenig97]:        A. Koenig and B. Moo. Ruminations on C++ (Addison-Wesley, 1997).
22478 * <a name="Lakos96"></a>
22479   \[Lakos96]:         J. Lakos. Large-Scale C++ Software Design (Addison-Wesley, 1996).
22480 * <a name="Meyers96"></a>
22481   \[Meyers96]:        S. Meyers. More Effective C++ (Addison-Wesley, 1996).
22482 * <a name="Meyers97"></a>
22483   \[Meyers97]:        S. Meyers. Effective C++ (2nd Edition) (Addison-Wesley, 1997).
22484 * <a name="Meyers01"></a>
22485   \[Meyers01]:        S. Meyers. Effective STL (Addison-Wesley, 2001).
22486 * <a name="Meyers05"></a>
22487   \[Meyers05]:        S. Meyers. Effective C++ (3rd Edition) (Addison-Wesley, 2005).
22488 * <a name="Meyers15"></a>
22489   \[Meyers15]:        S. Meyers. Effective Modern C++ (O'Reilly, 2015).
22490 * <a name="Murray93"></a>
22491   \[Murray93]:        R. Murray. C++ Strategies and Tactics (Addison-Wesley, 1993).
22492 * <a name="Stroustrup94"></a>
22493   \[Stroustrup94]:    B. Stroustrup. The Design and Evolution of C++ (Addison-Wesley, 1994).
22494 * <a name="Stroustrup00"></a>
22495   \[Stroustrup00]:    B. Stroustrup. The C++ Programming Language (Special 3rdEdition) (Addison-Wesley, 2000).
22496 * <a name="Stroustrup05"></a>
22497   \[Stroustrup05]:    B. Stroustrup. [A rationale for semantically enhanced library languages](http://www.stroustrup.com/SELLrationale.pdf).
22498 * <a name="Stroustrup13"></a>
22499   \[Stroustrup13]:    B. Stroustrup. [The C++ Programming Language (4th Edition)](http://www.stroustrup.com/4th.html). Addison Wesley 2013.
22500 * <a name="Stroustrup14"></a>
22501   \[Stroustrup14]:    B. Stroustrup. [A Tour of C++](http://www.stroustrup.com/Tour.html).
22502   Addison Wesley 2014.
22503 * <a name="Stroustrup15"></a>
22504   \[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).
22505 * <a name="SuttHysl04b"></a>
22506   \[SuttHysl04b]:     H. Sutter and J. Hyslop. [Collecting Shared Objects](https://web.archive.org/web/20120926011837/http://www.drdobbs.com/collecting-shared-objects/184401839) (C/C++ Users Journal, 22(8), August 2004).
22507 * <a name="SuttAlex05"></a>
22508   \[SuttAlex05]:      H. Sutter and  A. Alexandrescu. C++ Coding Standards. Addison-Wesley 2005.
22509 * <a name="Sutter00"></a>
22510   \[Sutter00]:        H. Sutter. Exceptional C++ (Addison-Wesley, 2000).
22511 * <a name="Sutter02"></a>
22512   \[Sutter02]:        H. Sutter. More Exceptional C++ (Addison-Wesley, 2002).
22513 * <a name="Sutter04"></a>
22514   \[Sutter04]:        H. Sutter. Exceptional C++ Style (Addison-Wesley, 2004).
22515 * <a name="Taligent94"></a>
22516   \[Taligent94]: Taligent's Guide to Designing Programs (Addison-Wesley, 1994).