and another fix to md-split.py for CI
[CppCoreGuidelines.git] / CppCoreGuidelines.md
blob4ada92e50ed5c6afc3d6a04685024d6a305f7620
1 # <a name="main"></a>C++ Core Guidelines
3 March 11, 2021
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 [must 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 might 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 without thinking.
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 bloat".
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 and optionally with a message (following usual C++11 standard attribute syntax):
373     [[gsl::suppress(tag, justification: "message")]]
375 where
377 * `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
378 name of a profile group-of-rules ("type", "bounds", or "lifetime"),
379 or a specific rule in a profile ([type.4](#Pro-type-cstylecast), or [bounds.2](#Pro-bounds-arrayindex))
381 * `"message"` is a string literal
383 ## <a name="SS-struct"></a>In.struct: The structure of this document
385 Each rule (guideline, suggestion) can have several parts:
387 * The rule itself -- e.g., **no naked `new`**
388 * A rule reference number -- e.g., **C.7** (the 7th rule related to classes).
389   Since the major sections are not inherently ordered, we use letters as the first part of a rule reference "number".
390   We leave gaps in the numbering to minimize "disruption" when we add or remove rules.
391 * **Reason**s (rationales) -- because programmers find it hard to follow rules they don't understand
392 * **Example**s -- because rules are hard to understand in the abstract; can be positive or negative
393 * **Alternative**s -- for "don't do this" rules
394 * **Exception**s -- we prefer simple general rules. However, many rules apply widely, but not universally, so exceptions must be listed
395 * **Enforcement** -- ideas about how the rule might be checked "mechanically"
396 * **See also**s -- references to related rules and/or further discussion (in this document or elsewhere)
397 * **Note**s (comments) -- something that needs saying that doesn't fit the other classifications
398 * **Discussion** -- references to more extensive rationale and/or examples placed outside the main lists of rules
400 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.
401 We hope that "mechanical" tools will improve with time to approximate what such an expert programmer notices.
402 Also, we assume that the rules will be refined over time to make them more precise and checkable.
404 A rule is aimed at being simple, rather than carefully phrased to mention every alternative and special case.
405 Such information is found in the **Alternative** paragraphs and the [Discussion](#S-discussion) sections.
406 If you don't understand a rule or disagree with it, please visit its **Discussion**.
407 If you feel that a discussion is missing or incomplete, enter an [Issue](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/issues)
408 explaining your concerns and possibly a corresponding PR.
410 Examples are written to illustrate rules.
412 * Examples are not intended to be production quality or to cover all tutorial dimensions.
413 For example, many examples are language-technical and use names like `f`, `base`, and `x`.
414 * We try to ensure that "good" examples follow the Core Guidelines.
415 * Comments are often illustrating rules where they would be unnecessary and/or distracting in "real code."
416 * We assume knowledge of the standard library. For example, we use plain `vector` rather than `std::vector`.
418 This is not a language manual.
419 It is meant to be helpful, rather than complete, fully accurate on technical details, or a guide to existing code.
420 Recommended information sources can be found in [the references](#S-references).
422 ## <a name="SS-sec"></a>In.sec: Major sections
424 * [In: Introduction](#S-introduction)
425 * [P: Philosophy](#S-philosophy)
426 * [I: Interfaces](#S-interfaces)
427 * [F: Functions](#S-functions)
428 * [C: Classes and class hierarchies](#S-class)
429 * [Enum: Enumerations](#S-enum)
430 * [R: Resource management](#S-resource)
431 * [ES: Expressions and statements](#S-expr)
432 * [Per: Performance](#S-performance)
433 * [CP: Concurrency and parallelism](#S-concurrency)
434 * [E: Error handling](#S-errors)
435 * [Con: Constants and immutability](#S-const)
436 * [T: Templates and generic programming](#S-templates)
437 * [CPL: C-style programming](#S-cpl)
438 * [SF: Source files](#S-source)
439 * [SL: The Standard Library](#S-stdlib)
441 Supporting sections:
443 * [A: Architectural ideas](#S-A)
444 * [NR: Non-Rules and myths](#S-not)
445 * [RF: References](#S-references)
446 * [Pro: Profiles](#S-profile)
447 * [GSL: Guidelines support library](#S-gsl)
448 * [NL: Naming and layout rules](#S-naming)
449 * [FAQ: Answers to frequently asked questions](#S-faq)
450 * [Appendix A: Libraries](#S-libraries)
451 * [Appendix B: Modernizing code](#S-modernizing)
452 * [Appendix C: Discussion](#S-discussion)
453 * [Appendix D: Supporting tools](#S-tools)
454 * [Glossary](#S-glossary)
455 * [To-do: Unclassified proto-rules](#S-unclassified)
457 These sections are not orthogonal.
459 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.
460 The main section abbreviations are also used in rule numbers (e.g., "C.11" for "Make concrete types regular").
462 # <a name="S-philosophy"></a>P: Philosophy
464 The rules in this section are very general.
466 Philosophy rules summary:
468 * [P.1: Express ideas directly in code](#Rp-direct)
469 * [P.2: Write in ISO Standard C++](#Rp-Cplusplus)
470 * [P.3: Express intent](#Rp-what)
471 * [P.4: Ideally, a program should be statically type safe](#Rp-typesafe)
472 * [P.5: Prefer compile-time checking to run-time checking](#Rp-compile-time)
473 * [P.6: What cannot be checked at compile time should be checkable at run time](#Rp-run-time)
474 * [P.7: Catch run-time errors early](#Rp-early)
475 * [P.8: Don't leak any resources](#Rp-leak)
476 * [P.9: Don't waste time or space](#Rp-waste)
477 * [P.10: Prefer immutable data to mutable data](#Rp-mutable)
478 * [P.11: Encapsulate messy constructs, rather than spreading through the code](#Rp-library)
479 * [P.12: Use supporting tools as appropriate](#Rp-tools)
480 * [P.13: Use support libraries as appropriate](#Rp-lib)
482 Philosophical rules are generally not mechanically checkable.
483 However, individual rules reflecting these philosophical themes are.
484 Without a philosophical basis, the more concrete/specific/checkable rules lack rationale.
486 ### <a name="Rp-direct"></a>P.1: Express ideas directly in code
488 ##### Reason
490 Compilers don't read comments (or design documents) and neither do many programmers (consistently).
491 What is expressed in code has defined semantics and can (in principle) be checked by compilers and other tools.
493 ##### Example
495     class Date {
496     public:
497         Month month() const;  // do
498         int month();          // don't
499         // ...
500     };
502 The first declaration of `month` is explicit about returning a `Month` and about not modifying the state of the `Date` object.
503 The second version leaves the reader guessing and opens more possibilities for uncaught bugs.
505 ##### Example, bad
507 This loop is a restricted form of `std::find`:
509     void f(vector<string>& v)
510     {
511         string val;
512         cin >> val;
513         // ...
514         int index = -1;                    // bad, plus should use gsl::index
515         for (int i = 0; i < v.size(); ++i) {
516             if (v[i] == val) {
517                 index = i;
518                 break;
519             }
520         }
521         // ...
522     }
524 ##### Example, good
526 A much clearer expression of intent would be:
528     void f(vector<string>& v)
529     {
530         string val;
531         cin >> val;
532         // ...
533         auto p = find(begin(v), end(v), val);  // better
534         // ...
535     }
537 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.
539 A C++ programmer should know the basics of the standard library, and use it where appropriate.
540 Any programmer should know the basics of the foundation libraries of the project being worked on, and use them appropriately.
541 Any programmer using these guidelines should know the [guidelines support library](#S-gsl), and use it appropriately.
543 ##### Example
545     change_speed(double s);   // bad: what does s signify?
546     // ...
547     change_speed(2.3);
549 A better approach is to be explicit about the meaning of the double (new speed or delta on old speed?) and the unit used:
551     change_speed(Speed s);    // better: the meaning of s is specified
552     // ...
553     change_speed(2.3);        // error: no unit
554     change_speed(23m / 10s);  // meters per second
556 We could have accepted a plain (unit-less) `double` as a delta, but that would have been error-prone.
557 If we wanted both absolute speed and deltas, we would have defined a `Delta` type.
559 ##### Enforcement
561 Very hard in general.
563 * use `const` consistently (check if member functions modify their object; check if functions modify arguments passed by pointer or reference)
564 * flag uses of casts (casts neuter the type system)
565 * detect code that mimics the standard library (hard)
567 ### <a name="Rp-Cplusplus"></a>P.2: Write in ISO Standard C++
569 ##### Reason
571 This is a set of guidelines for writing ISO Standard C++.
573 ##### Note
575 There are environments where extensions are necessary, e.g., to access system resources.
576 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.
578 Extensions often do not have rigorously defined semantics.  Even extensions that
579 are common and implemented by multiple compilers might have slightly different
580 behaviors and edge case behavior as a direct result of *not* having a rigorous
581 standard definition.  With sufficient use of any such extension, expected
582 portability will be impacted.
584 ##### Note
586 Using valid ISO C++ does not guarantee portability (let alone correctness).
587 Avoid dependence on undefined behavior (e.g., [undefined order of evaluation](#Res-order))
588 and be aware of constructs with implementation defined meaning (e.g., `sizeof(int)`).
590 ##### Note
592 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.
593 In such cases, control their (dis)use with an extension of these Coding Guidelines customized to the specific environment.
595 ##### Enforcement
597 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.
599 ### <a name="Rp-what"></a>P.3: Express intent
601 ##### Reason
603 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.
605 ##### Example
607     gsl::index i = 0;
608     while (i < v.size()) {
609         // ... do something with v[i] ...
610     }
612 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 might or might not be intended. The reader cannot know from just this section of code.
614 Better:
616     for (const auto& x : v) { /* do something with the value of x */ }
618 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:
620     for (auto& x : v) { /* modify x */ }
622 For more details about for-statements, see [ES.71](#Res-for-range).
623 Sometimes better still, use a named algorithm. This example uses the `for_each` from the Ranges TS because it directly expresses the intent:
625     for_each(v, [](int x) { /* do something with the value of x */ });
626     for_each(par, v, [](int x) { /* do something with the value of x */ });
628 The last variant makes it clear that we are not interested in the order in which the elements of `v` are handled.
630 A programmer should be familiar with
632 * [The guidelines support library](#S-gsl)
633 * [The ISO C++ Standard Library](#S-stdlib)
634 * Whatever foundation libraries are used for the current project(s)
636 ##### Note
638 Alternative formulation: Say what should be done, rather than just how it should be done.
640 ##### Note
642 Some language constructs express intent better than others.
644 ##### Example
646 If two `int`s are meant to be the coordinates of a 2D point, say so:
648     draw_line(int, int, int, int);  // obscure
649     draw_line(Point, Point);        // clearer
651 ##### Enforcement
653 Look for common patterns for which there are better alternatives
655 * simple `for` loops vs. range-`for` loops
656 * `f(T*, int)` interfaces vs. `f(span<T>)` interfaces
657 * loop variables in too large a scope
658 * naked `new` and `delete`
659 * functions with many parameters of built-in types
661 There is a huge scope for cleverness and semi-automated program transformation.
663 ### <a name="Rp-typesafe"></a>P.4: Ideally, a program should be statically type safe
665 ##### Reason
667 Ideally, a program would be completely statically (compile-time) type safe.
668 Unfortunately, that is not possible. Problem areas:
670 * unions
671 * casts
672 * array decay
673 * range errors
674 * narrowing conversions
676 ##### Note
678 These areas are sources of serious problems (e.g., crashes and security violations).
679 We try to provide alternative techniques.
681 ##### Enforcement
683 We can ban, restrain, or detect the individual problem categories separately, as required and feasible for individual programs.
684 Always suggest an alternative.
685 For example:
687 * unions -- use `variant` (in C++17)
688 * casts -- minimize their use; templates can help
689 * array decay -- use `span` (from the GSL)
690 * range errors -- use `span`
691 * narrowing conversions -- minimize their use and use `narrow` or `narrow_cast` (from the GSL) where they are necessary
693 ### <a name="Rp-compile-time"></a>P.5: Prefer compile-time checking to run-time checking
695 ##### Reason
697 Code clarity and performance.
698 You don't need to write error handlers for errors caught at compile time.
700 ##### Example
702     // Int is an alias used for integers
703     int bits = 0;         // don't: avoidable code
704     for (Int i = 1; i; i <<= 1)
705         ++bits;
706     if (bits < 32)
707         cerr << "Int too small\n";
709 This example fails to achieve what it is trying to achieve (because overflow is undefined) and should be replaced with a simple `static_assert`:
711     // Int is an alias used for integers
712     static_assert(sizeof(Int) >= 4);    // do: compile-time check
714 Or better still just use the type system and replace `Int` with `int32_t`.
716 ##### Example
718     void read(int* p, int n);   // read max n integers into *p
720     int a[100];
721     read(a, 1000);    // bad, off the end
723 better
725     void read(span<int> r); // read into the range of integers r
727     int a[100];
728     read(a);        // better: let the compiler figure out the number of elements
730 **Alternative formulation**: Don't postpone to run time what can be done well at compile time.
732 ##### Enforcement
734 * Look for pointer arguments.
735 * Look for run-time checks for range violations.
737 ### <a name="Rp-run-time"></a>P.6: What cannot be checked at compile time should be checkable at run time
739 ##### Reason
741 Leaving hard-to-detect errors in a program is asking for crashes and bad results.
743 ##### Note
745 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).
747 ##### Example, bad
749     // separately compiled, possibly dynamically loaded
750     extern void f(int* p);
752     void g(int n)
753     {
754         // bad: the number of elements is not passed to f()
755         f(new int[n]);
756     }
758 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.
760 ##### Example, bad
762 We can of course pass the number of elements along with the pointer:
764     // separately compiled, possibly dynamically loaded
765     extern void f2(int* p, int n);
767     void g2(int n)
768     {
769         f2(new int[n], m);  // bad: a wrong number of elements can be passed to f()
770     }
772 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.
774 Also, it is implicit that `f2()` is supposed to `delete` its argument (or did the caller make a second mistake?).
776 ##### Example, bad
778 The standard library resource management pointers fail to pass the size when they point to an object:
780     // separately compiled, possibly dynamically loaded
781     // NB: this assumes the calling code is ABI-compatible, using a
782     // compatible C++ compiler and the same stdlib implementation
783     extern void f3(unique_ptr<int[]>, int n);
785     void g3(int n)
786     {
787         f3(make_unique<int[]>(n), m);    // bad: pass ownership and size separately
788     }
790 ##### Example
792 We need to pass the pointer and the number of elements as an integral object:
794     extern void f4(vector<int>&);   // separately compiled, possibly dynamically loaded
795     extern void f4(span<int>);      // separately compiled, possibly dynamically loaded
796                                     // NB: this assumes the calling code is ABI-compatible, using a
797                                     // compatible C++ compiler and the same stdlib implementation
799     void g3(int n)
800     {
801         vector<int> v(n);
802         f4(v);                     // pass a reference, retain ownership
803         f4(span<int>{v});          // pass a view, retain ownership
804     }
806 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.
808 ##### Example
810 How do we transfer both ownership and all information needed for validating use?
812     vector<int> f5(int n)    // OK: move
813     {
814         vector<int> v(n);
815         // ... initialize v ...
816         return v;
817     }
819     unique_ptr<int[]> f6(int n)    // bad: loses n
820     {
821         auto p = make_unique<int[]>(n);
822         // ... initialize *p ...
823         return p;
824     }
826     owner<int*> f7(int n)    // bad: loses n and we might forget to delete
827     {
828         owner<int*> p = new int[n];
829         // ... initialize *p ...
830         return p;
831     }
833 ##### Example
835 * ???
836 * show how possible checks are avoided by interfaces that pass polymorphic base classes around, when they actually know what they need?
837   Or strings as "free-style" options
839 ##### Enforcement
841 * Flag (pointer, count)-style interfaces (this will flag a lot of examples that can't be fixed for compatibility reasons)
842 * ???
844 ### <a name="Rp-early"></a>P.7: Catch run-time errors early
846 ##### Reason
848 Avoid "mysterious" crashes.
849 Avoid errors leading to (possibly unrecognized) wrong results.
851 ##### Example
853     void increment1(int* p, int n)    // bad: error-prone
854     {
855         for (int i = 0; i < n; ++i) ++p[i];
856     }
858     void use1(int m)
859     {
860         const int n = 10;
861         int a[n] = {};
862         // ...
863         increment1(a, m);   // maybe typo, maybe m <= n is supposed
864                             // but assume that m == 20
865         // ...
866     }
868 Here we made a small error in `use1` that will lead to corrupted data or a crash.
869 The (pointer, count)-style interface leaves `increment1()` with no realistic way of defending itself against out-of-range errors.
870 If we could check subscripts for out of range access, then the error would not be discovered until `p[10]` was accessed.
871 We could check earlier and improve the code:
873     void increment2(span<int> p)
874     {
875         for (int& x : p) ++x;
876     }
878     void use2(int m)
879     {
880         const int n = 10;
881         int a[n] = {};
882         // ...
883         increment2({a, m});    // maybe typo, maybe m <= n is supposed
884         // ...
885     }
887 Now, `m <= n` can be checked at the point of call (early) rather than later.
888 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):
890     void use3(int m)
891     {
892         const int n = 10;
893         int a[n] = {};
894         // ...
895         increment2(a);   // the number of elements of a need not be repeated
896         // ...
897     }
899 ##### Example, bad
901 Don't repeatedly check the same value. Don't pass structured data as strings:
903     Date read_date(istream& is);    // read date from istream
905     Date extract_date(const string& s);    // extract date from string
907     void user1(const string& date)    // manipulate date
908     {
909         auto d = extract_date(date);
910         // ...
911     }
913     void user2()
914     {
915         Date d = read_date(cin);
916         // ...
917         user1(d.to_string());
918         // ...
919     }
921 The date is validated twice (by the `Date` constructor) and passed as a character string (unstructured data).
923 ##### Example
925 Excess checking can be costly.
926 There are cases where checking early is inefficient because you might never need the value, or might 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)`).
928     class Jet {    // Physics says: e * e < x * x + y * y + z * z
929         float x;
930         float y;
931         float z;
932         float e;
933     public:
934         Jet(float x, float y, float z, float e)
935             :x(x), y(y), z(z), e(e)
936         {
937             // Should I check here that the values are physically meaningful?
938         }
940         float m() const
941         {
942             // Should I handle the degenerate case here?
943             return sqrt(x * x + y * y + z * z - e * e);
944         }
946         ???
947     };
949 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.
953 ##### Enforcement
955 * Look at pointers and arrays: Do range-checking early and not repeatedly
956 * Look at conversions: Eliminate or mark narrowing conversions
957 * Look for unchecked values coming from input
958 * Look for structured data (objects of classes with invariants) being converted into strings
959 * ???
961 ### <a name="Rp-leak"></a>P.8: Don't leak any resources
963 ##### Reason
965 Even a slow growth in resources will, over time, exhaust the availability of those resources.
966 This is particularly important for long-running programs, but is an essential piece of responsible programming behavior.
968 ##### Example, bad
970     void f(char* name)
971     {
972         FILE* input = fopen(name, "r");
973         // ...
974         if (something) return;   // bad: if something == true, a file handle is leaked
975         // ...
976         fclose(input);
977     }
979 Prefer [RAII](#Rr-raii):
981     void f(char* name)
982     {
983         ifstream input {name};
984         // ...
985         if (something) return;   // OK: no leak
986         // ...
987     }
989 **See also**: [The resource management section](#S-resource)
991 ##### Note
993 A leak is colloquially "anything that isn't cleaned up."
994 The more important classification is "anything that can no longer be cleaned up."
995 For example, allocating an object on the heap and then losing the last pointer that points to that allocation.
996 This rule should not be taken as requiring that allocations within long-lived objects must be returned during program shutdown.
997 For example, relying on system guaranteed cleanup such as file closing and memory deallocation upon process shutdown can simplify code.
998 However, relying on abstractions that implicitly clean up can be as simple, and often safer.
1000 ##### Note
1002 Enforcing [the lifetime safety profile](#SS-lifetime) eliminates leaks.
1003 When combined with resource safety provided by [RAII](#Rr-raii), it eliminates the need for "garbage collection" (by generating no garbage).
1004 Combine this with enforcement of [the type and bounds profiles](#SS-force) and you get complete type- and resource-safety, guaranteed by tools.
1006 ##### Enforcement
1008 * Look at pointers: Classify them into non-owners (the default) and owners.
1009   Where feasible, replace owners with standard-library resource handles (as in the example above).
1010   Alternatively, mark an owner as such using `owner` from [the GSL](#S-gsl).
1011 * Look for naked `new` and `delete`
1012 * Look for known resource allocating functions returning raw pointers (such as `fopen`, `malloc`, and `strdup`)
1014 ### <a name="Rp-waste"></a>P.9: Don't waste time or space
1016 ##### Reason
1018 This is C++.
1020 ##### Note
1022 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.
1023 "Another benefit of striving for efficiency is that the process forces you to understand the problem in more depth." - Alex Stepanov
1025 ##### Example, bad
1027     struct X {
1028         char ch;
1029         int i;
1030         string s;
1031         char ch2;
1033         X& operator=(const X& a);
1034         X(const X&);
1035     };
1037     X waste(const char* p)
1038     {
1039         if (!p) throw Nullptr_error{};
1040         int n = strlen(p);
1041         auto buf = new char[n];
1042         if (!buf) throw Allocation_error{};
1043         for (int i = 0; i < n; ++i) buf[i] = p[i];
1044         // ... manipulate buffer ...
1045         X x;
1046         x.ch = 'a';
1047         x.s = string(n);    // give x.s space for *p
1048         for (gsl::index i = 0; i < x.s.size(); ++i) x.s[i] = buf[i];  // copy buf into x.s
1049         delete[] buf;
1050         return x;
1051     }
1053     void driver()
1054     {
1055         X x = waste("Typical argument");
1056         // ...
1057     }
1059 Yes, this is a caricature, but we have seen every individual mistake in production code, and worse.
1060 Note that the layout of `X` guarantees that at least 6 bytes (and most likely more) are wasted.
1061 The spurious definition of copy operations disables move semantics so that the return operation is slow
1062 (please note that the Return Value Optimization, RVO, is not guaranteed here).
1063 The use of `new` and `delete` for `buf` is redundant; if we really needed a local string, we should use a local `string`.
1064 There are several more performance bugs and gratuitous complication.
1066 ##### Example, bad
1068     void lower(zstring s)
1069     {
1070         for (int i = 0; i < strlen(s); ++i) s[i] = tolower(s[i]);
1071     }
1073 This is actually an example from production code.
1074 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.
1076 ##### Note
1078 An individual example of waste is rarely significant, and where it is significant, it is typically easily eliminated by an expert.
1079 However, waste spread liberally across a code base can easily be significant and experts are not always as available as we would like.
1080 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.
1081 After that, we can look at waste related to algorithms and requirements, but that is beyond the scope of these guidelines.
1083 ##### Enforcement
1085 Many more specific rules aim at the overall goals of simplicity and elimination of gratuitous waste.
1087 * 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.)
1090 ### <a name="Rp-mutable"></a>P.10: Prefer immutable data to mutable data
1092 ##### Reason
1094 It is easier to reason about constants than about variables.
1095 Something immutable cannot change unexpectedly.
1096 Sometimes immutability enables better optimization.
1097 You can't have a data race on a constant.
1099 See [Con: Constants and immutability](#S-const)
1101 ### <a name="Rp-library"></a>P.11: Encapsulate messy constructs, rather than spreading through the code
1103 ##### Reason
1105 Messy code is more likely to hide bugs and harder to write.
1106 A good interface is easier and safer to use.
1107 Messy, low-level code breeds more such code.
1109 ##### Example
1111     int sz = 100;
1112     int* p = (int*) malloc(sizeof(int) * sz);
1113     int count = 0;
1114     // ...
1115     for (;;) {
1116         // ... read an int into x, exit loop if end of file is reached ...
1117         // ... check that x is valid ...
1118         if (count == sz)
1119             p = (int*) realloc(p, sizeof(int) * sz * 2);
1120         p[count++] = x;
1121         // ...
1122     }
1124 This is low-level, verbose, and error-prone.
1125 For example, we "forgot" to test for memory exhaustion.
1126 Instead, we could use `vector`:
1128     vector<int> v;
1129     v.reserve(100);
1130     // ...
1131     for (int x; cin >> x; ) {
1132         // ... check that x is valid ...
1133         v.push_back(x);
1134     }
1136 ##### Note
1138 The standards library and the GSL are examples of this philosophy.
1139 For example, instead of messing with the arrays, unions, cast, tricky lifetime issues, `gsl::owner`, etc.,
1140 that are needed to implement key abstractions, such as `vector`, `span`, `lock_guard`, and `future`, we use the libraries
1141 designed and implemented by people with more time and expertise than we usually have.
1142 Similarly, we can and should design and implement more specialized libraries, rather than leaving the users (often ourselves)
1143 with the challenge of repeatedly getting low-level code well.
1144 This is a variant of the [subset of superset principle](#R0) that underlies these guidelines.
1146 ##### Enforcement
1148 * Look for "messy code" such as complex pointer manipulation and casting outside the implementation of abstractions.
1151 ### <a name="Rp-tools"></a>P.12: Use supporting tools as appropriate
1153 ##### Reason
1155 There are many things that are done better "by machine".
1156 Computers don't tire or get bored by repetitive tasks.
1157 We typically have better things to do than repeatedly do routine tasks.
1159 ##### Example
1161 Run a static analyzer to verify that your code follows the guidelines you want it to follow.
1163 ##### Note
1167 * [Static analysis tools](???)
1168 * [Concurrency tools](#Rconc-tools)
1169 * [Testing tools](???)
1171 There are many other kinds of tools, such as source code repositories, build tools, etc.,
1172 but those are beyond the scope of these guidelines.
1174 ##### Note
1176 Be careful not to become dependent on over-elaborate or over-specialized tool chains.
1177 Those can make your otherwise portable code non-portable.
1180 ### <a name="Rp-lib"></a>P.13: Use support libraries as appropriate
1182 ##### Reason
1184 Using a well-designed, well-documented, and well-supported library saves time and effort;
1185 its quality and documentation are likely to be greater than what you could do
1186 if the majority of your time must be spent on an implementation.
1187 The cost (time, effort, money, etc.) of a library can be shared over many users.
1188 A widely used library is more likely to be kept up-to-date and ported to new systems than an individual application.
1189 Knowledge of a widely-used library can save time on other/future projects.
1190 So, if a suitable library exists for your application domain, use it.
1192 ##### Example
1194     std::sort(begin(v), end(v), std::greater<>());
1196 Unless you are an expert in sorting algorithms and have plenty of time,
1197 this is more likely to be correct and to run faster than anything you write for a specific application.
1198 You need a reason not to use the standard library (or whatever foundational libraries your application uses) rather than a reason to use it.
1200 ##### Note
1202 By default use
1204 * The [ISO C++ Standard Library](#S-stdlib)
1205 * The [Guidelines Support Library](#S-gsl)
1207 ##### Note
1209 If no well-designed, well-documented, and well-supported library exists for an important domain,
1210 maybe you should design and implement it, and then use it.
1213 # <a name="S-interfaces"></a>I: Interfaces
1215 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.
1216 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.
1218 Interface rule summary:
1220 * [I.1: Make interfaces explicit](#Ri-explicit)
1221 * [I.2: Avoid non-`const` global variables](#Ri-global)
1222 * [I.3: Avoid singletons](#Ri-singleton)
1223 * [I.4: Make interfaces precisely and strongly typed](#Ri-typed)
1224 * [I.5: State preconditions (if any)](#Ri-pre)
1225 * [I.6: Prefer `Expects()` for expressing preconditions](#Ri-expects)
1226 * [I.7: State postconditions](#Ri-post)
1227 * [I.8: Prefer `Ensures()` for expressing postconditions](#Ri-ensures)
1228 * [I.9: If an interface is a template, document its parameters using concepts](#Ri-concepts)
1229 * [I.10: Use exceptions to signal a failure to perform a required task](#Ri-except)
1230 * [I.11: Never transfer ownership by a raw pointer (`T*`) or reference (`T&`)](#Ri-raw)
1231 * [I.12: Declare a pointer that must not be null as `not_null`](#Ri-nullptr)
1232 * [I.13: Do not pass an array as a single pointer](#Ri-array)
1233 * [I.22: Avoid complex initialization of global objects](#Ri-global-init)
1234 * [I.23: Keep the number of function arguments low](#Ri-nargs)
1235 * [I.24: Avoid adjacent parameters that can be invoked by the same arguments in either order with different meaning](#Ri-unrelated)
1236 * [I.25: Prefer empty abstract classes as interfaces to class hierarchies](#Ri-abstract)
1237 * [I.26: If you want a cross-compiler ABI, use a C-style subset](#Ri-abi)
1238 * [I.27: For stable library ABI, consider the Pimpl idiom](#Ri-pimpl)
1239 * [I.30: Encapsulate rule violations](#Ri-encapsulate)
1241 **See also**:
1243 * [F: Functions](#S-functions)
1244 * [C.concrete: Concrete types](#SS-concrete)
1245 * [C.hier: Class hierarchies](#SS-hier)
1246 * [C.over: Overloading and overloaded operators](#SS-overload)
1247 * [C.con: Containers and other resource handles](#SS-containers)
1248 * [E: Error handling](#S-errors)
1249 * [T: Templates and generic programming](#S-templates)
1251 ### <a name="Ri-explicit"></a>I.1: Make interfaces explicit
1253 ##### Reason
1255 Correctness. Assumptions not stated in an interface are easily overlooked and hard to test.
1257 ##### Example, bad
1259 Controlling the behavior of a function through a global (namespace scope) variable (a call mode) is implicit and potentially confusing. For example:
1261     int round(double d)
1262     {
1263         return (round_up) ? ceil(d) : d;    // don't: "invisible" dependency
1264     }
1266 It will not be obvious to a caller that the meaning of two calls of `round(7.2)` might give different results.
1268 ##### Exception
1270 Sometimes we control the details of a set of operations by an environment variable, e.g., normal vs. verbose output or debug vs. optimized.
1271 The use of a non-local control is potentially confusing, but controls only implementation details of otherwise fixed semantics.
1273 ##### Example, bad
1275 Reporting through non-local variables (e.g., `errno`) is easily ignored. For example:
1277     // don't: no test of printf's return value
1278     fprintf(connection, "logging: %d %d %d\n", x, y, s);
1280 What if the connection goes down so that no logging output is produced? See I.???.
1282 **Alternative**: Throw an exception. An exception cannot be ignored.
1284 **Alternative formulation**: Avoid passing information across an interface through non-local or implicit state.
1285 Note that non-`const` member functions pass information to other member functions through their object's state.
1287 **Alternative formulation**: An interface should be a function or a set of functions.
1288 Functions can be function templates and sets of functions can be classes or class templates.
1290 ##### Enforcement
1292 * (Simple) A function should not make control-flow decisions based on the values of variables declared at namespace scope.
1293 * (Simple) A function should not write to variables declared at namespace scope.
1295 ### <a name="Ri-global"></a>I.2: Avoid non-`const` global variables
1297 ##### Reason
1299 Non-`const` global variables hide dependencies and make the dependencies subject to unpredictable changes.
1301 ##### Example
1303     struct Data {
1304         // ... lots of stuff ...
1305     } data;            // non-const data
1307     void compute()     // don't
1308     {
1309         // ... use data ...
1310     }
1312     void output()     // don't
1313     {
1314         // ... use data ...
1315     }
1317 Who else might modify `data`?
1319 **Warning**: The initialization of global objects is not totally ordered.
1320 If you use a global object initialize it with a constant.
1321 Note that it is possible to get undefined initialization order even for `const` objects.
1323 ##### Exception
1325 A global object is often better than a singleton.
1327 ##### Note
1329 Global constants are useful.
1331 ##### Note
1333 The rule against global variables applies to namespace scope variables as well.
1335 **Alternative**: If you use global (more generally namespace scope) data to avoid copying, consider passing the data as an object by reference to `const`.
1336 Another solution is to define the data as the state of some object and the operations as member functions.
1338 **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.
1339 Every pointer or reference to mutable data is a potential data race.
1341 Using global pointers or references to access and change non-const, and otherwise non-global,
1342 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.
1344 ##### Note
1346 You cannot have a race condition on immutable data.
1348 **References**: See the [rules for calling functions](#SS-call).
1350 ##### Note
1352 The rule is "avoid", not "don't use." Of course there will be (rare) exceptions, such as `cin`, `cout`, and `cerr`.
1354 ##### Enforcement
1356 (Simple) Report all non-`const` variables declared at namespace scope and global pointers/references to non-const data.
1359 ### <a name="Ri-singleton"></a>I.3: Avoid singletons
1361 ##### Reason
1363 Singletons are basically complicated global objects in disguise.
1365 ##### Example
1367     class Singleton {
1368         // ... lots of stuff to ensure that only one Singleton object is created,
1369         // that it is initialized properly, etc.
1370     };
1372 There are many variants of the singleton idea.
1373 That's part of the problem.
1375 ##### Note
1377 If you don't want a global object to change, declare it `const` or `constexpr`.
1379 ##### Exception
1381 You can use the simplest "singleton" (so simple that it is often not considered a singleton) to get initialization on first use, if any:
1383     X& myX()
1384     {
1385         static X my_x {3};
1386         return my_x;
1387     }
1389 This is one of the most effective solutions to problems related to initialization order.
1390 In a multi-threaded environment, the initialization of the static object does not introduce a race condition
1391 (unless you carelessly access a shared object from within its constructor).
1393 Note that the initialization of a local `static` does not imply a race condition.
1394 However, if the destruction of `X` involves an operation that needs to be synchronized we must use a less simple solution.
1395 For example:
1397     X& myX()
1398     {
1399         static auto p = new X {3};
1400         return *p;  // potential leak
1401     }
1403 Now someone must `delete` that object in some suitably thread-safe way.
1404 That's error-prone, so we don't use that technique unless
1406 * `myX` is in multi-threaded code,
1407 * that `X` object needs to be destroyed (e.g., because it releases a resource), and
1408 * `X`'s destructor's code needs to be synchronized.
1410 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.
1412 ##### Enforcement
1414 Very hard in general.
1416 * Look for classes with names that include `singleton`.
1417 * Look for classes for which only a single object is created (by counting objects or by examining constructors).
1418 * 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.
1420 ### <a name="Ri-typed"></a>I.4: Make interfaces precisely and strongly typed
1422 ##### Reason
1424 Types are the simplest and best documentation, improve legibility due to their well-defined meaning, and are checked at compile time.
1425 Also, precisely typed code is often optimized better.
1427 ##### Example, don't
1429 Consider:
1431     void pass(void* data);    // weak and under qualified type void* is suspicious
1433 Callers are unsure what types are allowed and if the data may
1434 be mutated as `const` is not specified. Note all pointer types
1435 implicitly convert to void*, so it is easy for callers to provide this value.
1437 The callee must `static_cast` data to an unverified type to use it.
1438 That is error-prone and verbose.
1440 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.
1442 **Alternative**: Often, a template parameter can eliminate the `void*` turning it into a `T*` or `T&`.
1443 For generic code these `T`s can be general or concept constrained template parameters.
1445 ##### Example, bad
1447 Consider:
1449     draw_rect(100, 200, 100, 500); // what do the numbers specify?
1451     draw_rect(p.x, p.y, 10, 20); // what units are 10 and 20 in?
1453 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?
1455 Comments and parameter names can help, but we could be explicit:
1457     void draw_rectangle(Point top_left, Point bottom_right);
1458     void draw_rectangle(Point top_left, Size height_width);
1460     draw_rectangle(p, Point{10, 20});  // two corners
1461     draw_rectangle(p, Size{10, 20});   // one corner and a (height, width) pair
1463 Obviously, we cannot catch all errors through the static type system
1464 (e.g., the fact that a first argument is supposed to be a top-left point is left to convention (naming and comments)).
1466 ##### Example, bad
1468 Consider:
1470     set_settings(true, false, 42); // what do the numbers specify?
1472 The parameter types and their values do not communicate what settings are being specified or what those values mean.
1474 This design is more explicit, safe and legible:
1476     alarm_settings s{};
1477     s.enabled = true;
1478     s.displayMode = alarm_settings::mode::spinning_light;
1479     s.frequency = alarm_settings::every_10_seconds;
1480     set_settings(s);
1482 For the case of a set of boolean values consider using a flags enum; a pattern that expresses a set of boolean values.
1484     enable_lamp_options(lamp_option::on | lamp_option::animate_state_transitions);
1486 ##### Example, bad
1488 In the following example, it is not clear from the interface what `time_to_blink` means: Seconds? Milliseconds?
1490     void blink_led(int time_to_blink) // bad -- the unit is ambiguous
1491     {
1492         // ...
1493         // do something with time_to_blink
1494         // ...
1495     }
1497     void use()
1498     {
1499         blink_led(2);
1500     }
1502 ##### Example, good
1504 `std::chrono::duration` types helps making the unit of time duration explicit.
1506     void blink_led(milliseconds time_to_blink) // good -- the unit is explicit
1507     {
1508         // ...
1509         // do something with time_to_blink
1510         // ...
1511     }
1513     void use()
1514     {
1515         blink_led(1500ms);
1516     }
1518 The function can also be written in such a way that it will accept any time duration unit.
1520     template<class rep, class period>
1521     void blink_led(duration<rep, period> time_to_blink) // good -- accepts any unit
1522     {
1523         // assuming that millisecond is the smallest relevant unit
1524         auto milliseconds_to_blink = duration_cast<milliseconds>(time_to_blink);
1525         // ...
1526         // do something with milliseconds_to_blink
1527         // ...
1528     }
1530     void use()
1531     {
1532         blink_led(2s);
1533         blink_led(1500ms);
1534     }
1536 ##### Enforcement
1538 * (Simple) Report the use of `void*` as a parameter or return type.
1539 * (Simple) Report the use of more than one `bool` parameter.
1540 * (Hard to do well) Look for functions that use too many primitive type arguments.
1542 ### <a name="Ri-pre"></a>I.5: State preconditions (if any)
1544 ##### Reason
1546 Arguments have meaning that might constrain their proper use in the callee.
1548 ##### Example
1550 Consider:
1552     double sqrt(double x);
1554 Here `x` must be non-negative. The type system cannot (easily and naturally) express that, so we must use other means. For example:
1556     double sqrt(double x); // x must be non-negative
1558 Some preconditions can be expressed as assertions. For example:
1560     double sqrt(double x) { Expects(x >= 0); /* ... */ }
1562 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).
1564 **References**: `Expects()` is described in [GSL](#S-gsl).
1566 ##### Note
1568 Prefer a formal specification of requirements, such as `Expects(p);`.
1569 If that is infeasible, use English text in comments, such as `// the sequence [p:q) is ordered using <`.
1571 ##### Note
1573 Most member functions have as a precondition that some class invariant holds.
1574 That invariant is established by a constructor and must be reestablished upon exit by every member function called from outside the class.
1575 We don't need to mention it for each member function.
1577 ##### Enforcement
1579 (Not enforceable)
1581 **See also**: The rules for passing pointers. ???
1583 ### <a name="Ri-expects"></a>I.6: Prefer `Expects()` for expressing preconditions
1585 ##### Reason
1587 To make it clear that the condition is a precondition and to enable tool use.
1589 ##### Example
1591     int area(int height, int width)
1592     {
1593         Expects(height > 0 && width > 0);            // good
1594         if (height <= 0 || width <= 0) my_error();   // obscure
1595         // ...
1596     }
1598 ##### Note
1600 Preconditions can be stated in many ways, including comments, `if`-statements, and `assert()`.
1601 This can make them hard to distinguish from ordinary code, hard to update, hard to manipulate by tools, and might have the wrong semantics (do you always want to abort in debug mode and check nothing in productions runs?).
1603 ##### Note
1605 Preconditions should be part of the interface rather than part of the implementation,
1606 but we don't yet have the language facilities to do that.
1607 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.
1609 ##### Note
1611 `Expects()` can also be used to check a condition in the middle of an algorithm.
1613 ##### Note
1615 No, using `unsigned` is not a good way to sidestep the problem of [ensuring that a value is non-negative](#Res-nonnegative).
1617 ##### Enforcement
1619 (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.
1621 ### <a name="Ri-post"></a>I.7: State postconditions
1623 ##### Reason
1625 To detect misunderstandings about the result and possibly catch erroneous implementations.
1627 ##### Example, bad
1629 Consider:
1631     int area(int height, int width) { return height * width; }  // bad
1633 Here, we (incautiously) left out the precondition specification, so it is not explicit that height and width must be positive.
1634 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.
1635 Overflow can happen.
1636 Consider using:
1638     int area(int height, int width)
1639     {
1640         auto res = height * width;
1641         Ensures(res > 0);
1642         return res;
1643     }
1645 ##### Example, bad
1647 Consider a famous security bug:
1649     void f()    // problematic
1650     {
1651         char buffer[MAX];
1652         // ...
1653         memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
1654     }
1656 There was no postcondition stating that the buffer should be cleared and the optimizer eliminated the apparently redundant `memset()` call:
1658     void f()    // better
1659     {
1660         char buffer[MAX];
1661         // ...
1662         memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
1663         Ensures(buffer[0] == 0);
1664     }
1666 ##### Note
1668 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.
1670 ##### Note
1672 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.
1674 ##### Example
1676 Consider a function that manipulates a `Record`, using a `mutex` to avoid race conditions:
1678     mutex m;
1680     void manipulate(Record& r)    // don't
1681     {
1682         m.lock();
1683         // ... no m.unlock() ...
1684     }
1686 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.
1687 Stating the postcondition would have made it clear:
1689     void manipulate(Record& r)    // postcondition: m is unlocked upon exit
1690     {
1691         m.lock();
1692         // ... no m.unlock() ...
1693     }
1695 The bug is now obvious (but only to a human reading comments).
1697 Better still, use [RAII](#Rr-raii) to ensure that the postcondition ("the lock must be released") is enforced in code:
1699     void manipulate(Record& r)    // best
1700     {
1701         lock_guard<mutex> _ {m};
1702         // ...
1703     }
1705 ##### Note
1707 Ideally, postconditions are stated in the interface/declaration so that users can easily see them.
1708 Only postconditions related to the users can be stated in the interface.
1709 Postconditions related only to internal state belongs in the definition/implementation.
1711 ##### Enforcement
1713 (Not enforceable) This is a philosophical guideline that is infeasible to check
1714 directly in the general case. Domain specific checkers (like lock-holding
1715 checkers) exist for many toolchains.
1717 ### <a name="Ri-ensures"></a>I.8: Prefer `Ensures()` for expressing postconditions
1719 ##### Reason
1721 To make it clear that the condition is a postcondition and to enable tool use.
1723 ##### Example
1725     void f()
1726     {
1727         char buffer[MAX];
1728         // ...
1729         memset(buffer, 0, MAX);
1730         Ensures(buffer[0] == 0);
1731     }
1733 ##### Note
1735 Postconditions can be stated in many ways, including comments, `if`-statements, and `assert()`.
1736 This can make them hard to distinguish from ordinary code, hard to update, hard to manipulate by tools, and might have the wrong semantics.
1738 **Alternative**: Postconditions of the form "this resource must be released" are best expressed by [RAII](#Rr-raii).
1740 ##### Note
1742 Ideally, that `Ensures` should be part of the interface, but that's not easily done.
1743 For now, we place it in the definition (function body).
1744 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.
1746 ##### Enforcement
1748 (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.
1750 ### <a name="Ri-concepts"></a>I.9: If an interface is a template, document its parameters using concepts
1752 ##### Reason
1754 Make the interface precisely specified and compile-time checkable in the (not so distant) future.
1756 ##### Example
1758 Use the C++20 style of requirements specification. For example:
1760     template<typename Iter, typename Val>
1761     // requires InputIterator<Iter> && EqualityComparable<ValueType<Iter>>, Val>
1762     Iter find(Iter first, Iter last, Val v)
1763     {
1764         // ...
1765     }
1767 ##### Note
1769 Soon (in C++20), all compilers will be able to check `requires` clauses once the `//` is removed.
1770 Concepts are supported in GCC 6.1 and later.
1772 **See also**: [Generic programming](#SS-GP) and [concepts](#SS-concepts).
1774 ##### Enforcement
1776 (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).
1778 ### <a name="Ri-except"></a>I.10: Use exceptions to signal a failure to perform a required task
1780 ##### Reason
1782 It should not be possible to ignore an error because that could leave the system or a computation in an undefined (or unexpected) state.
1783 This is a major source of errors.
1785 ##### Example
1787     int printf(const char* ...);    // bad: return negative number if output fails
1789     template<class F, class ...Args>
1790     // good: throw system_error if unable to start the new thread
1791     explicit thread(F&& f, Args&&... args);
1793 ##### Note
1795 What is an error?
1797 An error means that the function cannot achieve its advertised purpose (including establishing postconditions).
1798 Calling code that ignores an error could lead to wrong results or undefined systems state.
1799 For example, not being able to connect to a remote server is not by itself an error:
1800 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.
1801 However, if failing to make a connection is considered an error, then a failure should throw an exception.
1803 ##### Exception
1805 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.
1807 ##### Alternative
1809 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:
1811     int val;
1812     int error_code;
1813     tie(val, error_code) = do_something();
1814     if (error_code) {
1815         // ... handle the error or exit ...
1816     }
1817     // ... use val ...
1819 This style unfortunately leads to uninitialized variables.
1820 Since C++17 the "structured bindings" feature can be used to initialize variables directly from the return value:
1822     auto [val, error_code] = do_something();
1823     if (error_code) {
1824         // ... handle the error or exit ...
1825     }
1826     // ... use val ...
1828 ##### Note
1830 We don't consider "performance" a valid reason not to use exceptions.
1832 * Often, explicit error checking and handling consume as much time and space as exception handling.
1833 * Often, cleaner code yields better performance with exceptions (simplifying the tracing of paths through the program and their optimization).
1834 * A good rule for performance critical code is to move checking outside the [critical](#Rper-critical) part of the code.
1835 * In the longer term, more regular code gets better optimized.
1836 * Always carefully [measure](#Rper-measure) before making performance claims.
1838 **See also**: [I.5](#Ri-pre) and [I.7](#Ri-post) for reporting precondition and postcondition violations.
1840 ##### Enforcement
1842 * (Not enforceable) This is a philosophical guideline that is infeasible to check directly.
1843 * Look for `errno`.
1845 ### <a name="Ri-raw"></a>I.11: Never transfer ownership by a raw pointer (`T*`) or reference (`T&`)
1847 ##### Reason
1849 If there is any doubt whether the caller or the callee owns an object, leaks or premature destruction will occur.
1851 ##### Example
1853 Consider:
1855     X* compute(args)    // don't
1856     {
1857         X* res = new X{};
1858         // ...
1859         return res;
1860     }
1862 Who deletes the returned `X`? The problem would be harder to spot if `compute` returned a reference.
1863 Consider returning the result by value (use move semantics if the result is large):
1865     vector<double> compute(args)  // good
1866     {
1867         vector<double> res(10000);
1868         // ...
1869         return res;
1870     }
1872 **Alternative**: [Pass ownership](#Rr-smartptrparam) using a "smart pointer", such as `unique_ptr` (for exclusive ownership) and `shared_ptr` (for shared ownership).
1873 However, that is less elegant and often less efficient than returning the object itself,
1874 so use smart pointers only if reference semantics are needed.
1876 **Alternative**: Sometimes older code can't be modified because of ABI compatibility requirements or lack of resources.
1877 In that case, mark owning pointers using `owner` from the [guidelines support library](#S-gsl):
1879     owner<X*> compute(args)    // It is now clear that ownership is transferred
1880     {
1881         owner<X*> res = new X{};
1882         // ...
1883         return res;
1884     }
1886 This tells analysis tools that `res` is an owner.
1887 That is, its value must be `delete`d or transferred to another owner, as is done here by the `return`.
1889 `owner` is used similarly in the implementation of resource handles.
1891 ##### Note
1893 Every object passed as a raw pointer (or iterator) is assumed to be owned by the
1894 caller, so that its lifetime is handled by the caller. Viewed another way:
1895 ownership transferring APIs are relatively rare compared to pointer-passing APIs,
1896 so the default is "no ownership transfer."
1898 **See also**: [Argument passing](#Rf-conventional), [use of smart pointer arguments](#Rr-smartptrparam), and [value return](#Rf-value-return).
1900 ##### Enforcement
1902 * (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>`.
1903 * (Simple) Warn on failure to either `reset` or explicitly `delete` an `owner` pointer on every code path.
1904 * (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.
1906 ### <a name="Ri-nullptr"></a>I.12: Declare a pointer that must not be null as `not_null`
1908 ##### Reason
1910 To help avoid dereferencing `nullptr` errors.
1911 To improve performance by avoiding redundant checks for `nullptr`.
1913 ##### Example
1915     int length(const char* p);            // it is not clear whether length(nullptr) is valid
1917     length(nullptr);                      // OK?
1919     int length(not_null<const char*> p);  // better: we can assume that p cannot be nullptr
1921     int length(const char* p);            // we must assume that p can be nullptr
1923 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.
1925 ##### Note
1927 `not_null` is defined in the [guidelines support library](#S-gsl).
1929 ##### Note
1931 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*`.
1933     // we can assume that p cannot be nullptr
1934     // we can assume that p points to a zero-terminated array of characters
1935     int length(not_null<zstring> p);
1937 Note: `length()` is, of course, `std::strlen()` in disguise.
1939 ##### Enforcement
1941 * (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`.
1942 * (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`.
1944 ### <a name="Ri-array"></a>I.13: Do not pass an array as a single pointer
1946 ##### Reason
1948  (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.
1950 ##### Example
1952 Consider:
1954     void copy_n(const T* p, T* q, int n); // copy from [p:p+n) to [q:q+n)
1956 What if there are fewer than `n` elements in the array pointed to by `q`? Then, we overwrite some probably unrelated memory.
1957 What if there are fewer than `n` elements in the array pointed to by `p`? Then, we read some probably unrelated memory.
1958 Either is undefined behavior and a potentially very nasty bug.
1960 ##### Alternative
1962 Consider using explicit spans:
1964     void copy(span<const T> r, span<T> r2); // copy r to r2
1966 ##### Example, bad
1968 Consider:
1970     void draw(Shape* p, int n);  // poor interface; poor code
1971     Circle arr[10];
1972     // ...
1973     draw(arr, 10);
1975 Passing `10` as the `n` argument might 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.
1977 **Alternative**: Use a support class that ensures that the number of elements is correct and prevents dangerous implicit conversions. For example:
1979     void draw2(span<Circle>);
1980     Circle arr[10];
1981     // ...
1982     draw2(span<Circle>(arr));  // deduce the number of elements
1983     draw2(arr);    // deduce the element type and array size
1985     void draw3(span<Shape>);
1986     draw3(arr);    // error: cannot convert Circle[10] to span<Shape>
1988 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 ???.
1990 ##### Exception
1992 Use `zstring` and `czstring` to represent C-style, zero-terminated strings.
1993 But when doing so, use `std::string_view` or `span<char>` from the [GSL](#S-gsl) to prevent range errors.
1995 ##### Enforcement
1997 * (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.
1998 * (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.
2000 ### <a name="Ri-global-init"></a>I.22: Avoid complex initialization of global objects
2002 ##### Reason
2004 Complex initialization can lead to undefined order of execution.
2006 ##### Example
2008     // file1.c
2010     extern const X x;
2012     const Y y = f(x);   // read x; write y
2014     // file2.c
2016     extern const Y y;
2018     const X x = g(y);   // read y; write x
2020 Since `x` and `y` are in different translation units the order of calls to `f()` and `g()` is undefined;
2021 one will access an uninitialized `const`.
2022 This shows that the order-of-initialization problem for global (namespace scope) objects is not limited to global *variables*.
2024 ##### Note
2026 Order of initialization problems become particularly difficult to handle in concurrent code.
2027 It is usually best to avoid global (namespace scope) objects altogether.
2029 ##### Enforcement
2031 * Flag initializers of globals that call non-`constexpr` functions
2032 * Flag initializers of globals that access `extern` objects
2034 ### <a name="Ri-nargs"></a>I.23: Keep the number of function arguments low
2036 ##### Reason
2038 Having many arguments opens opportunities for confusion. Passing lots of arguments is often costly compared to alternatives.
2040 ##### Discussion
2042 The two most common reasons why functions have too many parameters are:
2044 1. *Missing an abstraction.*
2045    There is an abstraction missing, so that a compound value is being
2046    passed as individual elements instead of as a single object that enforces an invariant.
2047    This not only expands the parameter list, but it leads to errors because the component values
2048    are no longer protected by an enforced invariant.
2050 2. *Violating "one function, one responsibility."*
2051    The function is trying to do more than one job and should probably be refactored.
2053 ##### Example
2055 The standard-library `merge()` is at the limit of what we can comfortably handle:
2057     template<class InputIterator1, class InputIterator2, class OutputIterator, class Compare>
2058     OutputIterator merge(InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,
2059                          InputIterator2 first2, InputIterator2 last2,
2060                          OutputIterator result, Compare comp);
2062 Note that this is because of problem 1 above -- missing abstraction. Instead of passing a range (abstraction), STL passed iterator pairs (unencapsulated component values).
2064 Here, we have four template arguments and six function arguments.
2065 To simplify the most frequent and simplest uses, the comparison argument can be defaulted to `<`:
2067     template<class InputIterator1, class InputIterator2, class OutputIterator>
2068     OutputIterator merge(InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,
2069                          InputIterator2 first2, InputIterator2 last2,
2070                          OutputIterator result);
2072 This doesn't reduce the total complexity, but it reduces the surface complexity presented to many users.
2073 To really reduce the number of arguments, we need to bundle the arguments into higher-level abstractions:
2075     template<class InputRange1, class InputRange2, class OutputIterator>
2076     OutputIterator merge(InputRange1 r1, InputRange2 r2, OutputIterator result);
2078 Grouping arguments into "bundles" is a general technique to reduce the number of arguments and to increase the opportunities for checking.
2080 Alternatively, we could use concepts (as defined by the ISO TS) to define the notion of three types that must be usable for merging:
2082     Mergeable{In1, In2, Out}
2083     OutputIterator merge(In1 r1, In2 r2, Out result);
2085 ##### Example
2087 The safety Profiles recommend replacing
2089     void f(int* some_ints, int some_ints_length);  // BAD: C style, unsafe
2091 with
2093     void f(gsl::span<int> some_ints);              // GOOD: safe, bounds-checked
2095 Here, using an abstraction has safety and robustness benefits, and naturally also reduces the number of parameters.
2097 ##### Note
2099 How many parameters are too many? Try to use fewer than four (4) parameters.
2100 There are functions that are best expressed with four individual parameters, but not many.
2102 **Alternative**: Use better abstraction: Group arguments into meaningful objects and pass the objects (by value or by reference).
2104 **Alternative**: Use default arguments or overloads to allow the most common forms of calls to be done with fewer arguments.
2106 ##### Enforcement
2108 * Warn when a function declares two iterators (including pointers) of the same type instead of a range or a view.
2109 * (Not enforceable) This is a philosophical guideline that is infeasible to check directly.
2111 ### <a name="Ri-unrelated"></a>I.24: Avoid adjacent parameters that can be invoked by the same arguments in either order with different meaning
2113 ##### Reason
2115 Adjacent arguments of the same type are easily swapped by mistake.
2117 ##### Example, bad
2119 Consider:
2121     void copy_n(T* p, T* q, int n);  // copy from [p:p + n) to [q:q + n)
2123 This is a nasty variant of a K&R C-style interface. It is easy to reverse the "to" and "from" arguments.
2125 Use `const` for the "from" argument:
2127     void copy_n(const T* p, T* q, int n);  // copy from [p:p + n) to [q:q + n)
2129 ##### Exception
2131 If the order of the parameters is not important, there is no problem:
2133     int max(int a, int b);
2135 ##### Alternative
2137 Don't pass arrays as pointers, pass an object representing a range (e.g., a `span`):
2139     void copy_n(span<const T> p, span<T> q);  // copy from p to q
2141 ##### Alternative
2143 Define a `struct` as the parameter type and name the fields for those parameters accordingly:
2145     struct SystemParams {
2146         string config_file;
2147         string output_path;
2148         seconds timeout;
2149     };
2150     void initialize(SystemParams p);
2152 This tends to make invocations of this clear to future readers, as the parameters
2153 are often filled in by name at the call site.
2155 ##### Note
2157 Only the interface's designer can adequately address the source of violations of this guideline.
2159 ##### Enforcement strategy
2161 (Simple) Warn if two consecutive parameters share the same type
2163 We are still looking for a less-simple enforcement.
2165 ### <a name="Ri-abstract"></a>I.25: Prefer empty abstract classes as interfaces to class hierarchies
2167 ##### Reason
2169 Abstract classes that are empty (have no non-static member data) are more likely to be stable than base classes with state.
2171 ##### Example, bad
2173 You just knew that `Shape` would turn up somewhere :-)
2175     class Shape {  // bad: interface class loaded with data
2176     public:
2177         Point center() const { return c; }
2178         virtual void draw() const;
2179         virtual void rotate(int);
2180         // ...
2181     private:
2182         Point c;
2183         vector<Point> outline;
2184         Color col;
2185     };
2187 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. Using an abstract class is better:
2189     class Shape {    // better: Shape is a pure interface
2190     public:
2191         virtual Point center() const = 0;   // pure virtual functions
2192         virtual void draw() const = 0;
2193         virtual void rotate(int) = 0;
2194         // ...
2195         // ... no data members ...
2196         // ...
2197         virtual ~Shape() = default;
2198     };
2200 ##### Enforcement
2202 (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.
2204 ### <a name="Ri-abi"></a>I.26: If you want a cross-compiler ABI, use a C-style subset
2206 ##### Reason
2208 Different compilers implement different binary layouts for classes, exception handling, function names, and other implementation details.
2210 ##### Exception
2212 Common ABIs are emerging on some platforms freeing you from the more draconian restrictions.
2214 ##### Note
2216 If you use a single compiler, you can use full C++ in interfaces. That might require recompilation after an upgrade to a new compiler version.
2218 ##### Enforcement
2220 (Not enforceable) It is difficult to reliably identify where an interface forms part of an ABI.
2222 ### <a name="Ri-pimpl"></a>I.27: For stable library ABI, consider the Pimpl idiom
2224 ##### Reason
2226 Because private data members participate in class layout and private member functions participate in overload resolution, changes to those
2227 implementation details require recompilation of all users of a class that uses them. A non-polymorphic interface class holding a pointer to
2228 implementation (Pimpl) can isolate the users of a class from changes in its implementation at the cost of an indirection.
2230 ##### Example
2232 interface (widget.h)
2234     class widget {
2235         class impl;
2236         std::unique_ptr<impl> pimpl;
2237     public:
2238         void draw(); // public API that will be forwarded to the implementation
2239         widget(int); // defined in the implementation file
2240         ~widget();   // defined in the implementation file, where impl is a complete type
2241         widget(widget&&); // defined in the implementation file
2242         widget(const widget&) = delete;
2243         widget& operator=(widget&&); // defined in the implementation file
2244         widget& operator=(const widget&) = delete;
2245     };
2248 implementation (widget.cpp)
2250     class widget::impl {
2251         int n; // private data
2252     public:
2253         void draw(const widget& w) { /* ... */ }
2254         impl(int n) : n(n) {}
2255     };
2256     void widget::draw() { pimpl->draw(*this); }
2257     widget::widget(int n) : pimpl{std::make_unique<impl>(n)} {}
2258     widget::widget(widget&&) = default;
2259     widget::~widget() = default;
2260     widget& widget::operator=(widget&&) = default;
2262 ##### Notes
2264 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.
2266 ##### Enforcement
2268 (Not enforceable) It is difficult to reliably identify where an interface forms part of an ABI.
2270 ### <a name="Ri-encapsulate"></a>I.30: Encapsulate rule violations
2272 ##### Reason
2274 To keep code simple and safe.
2275 Sometimes, ugly, unsafe, or error-prone techniques are necessary for logical or performance reasons.
2276 If so, keep them local, rather than "infecting" interfaces so that larger groups of programmers have to be aware of the
2277 subtleties.
2278 Implementation complexity should, if at all possible, not leak through interfaces into user code.
2280 ##### Example
2282 Consider a program that, depending on some form of input (e.g., arguments to `main`), should consume input
2283 from a file, from the command line, or from standard input.
2284 We might write
2286     bool owned;
2287     owner<istream*> inp;
2288     switch (source) {
2289     case std_in:        owned = false; inp = &cin;                       break;
2290     case command_line:  owned = true;  inp = new istringstream{argv[2]}; break;
2291     case file:          owned = true;  inp = new ifstream{argv[2]};      break;
2292     }
2293     istream& in = *inp;
2295 This violated the rule [against uninitialized variables](#Res-always),
2296 the rule against [ignoring ownership](#Ri-raw),
2297 and the rule [against magic constants](#Res-magic).
2298 In particular, someone has to remember to somewhere write
2300     if (owned) delete inp;
2302 We could handle this particular example by using `unique_ptr` with a special deleter that does nothing for `cin`,
2303 but that's complicated for novices (who can easily encounter this problem) and the example is an example of a more general
2304 problem where a property that we would like to consider static (here, ownership) needs infrequently be addressed
2305 at run time.
2306 The common, most frequent, and safest examples can be handled statically, so we don't want to add cost and complexity to those.
2307 But we must also cope with the uncommon, less-safe, and necessarily more expensive cases.
2308 Such examples are discussed in [[Str15]](http://www.stroustrup.com/resource-model.pdf).
2310 So, we write a class
2312     class Istream { [[gsl::suppress(lifetime)]]
2313     public:
2314         enum Opt { from_line = 1 };
2315         Istream() { }
2316         Istream(zstring p) : owned{true}, inp{new ifstream{p}} {}            // read from file
2317         Istream(zstring p, Opt) : owned{true}, inp{new istringstream{p}} {}  // read from command line
2318         ~Istream() { if (owned) delete inp; }
2319         operator istream&() { return *inp; }
2320     private:
2321         bool owned = false;
2322         istream* inp = &cin;
2323     };
2325 Now, the dynamic nature of `istream` ownership has been encapsulated.
2326 Presumably, a bit of checking for potential errors would be added in real code.
2328 ##### Enforcement
2330 * Hard, it is hard to decide what rule-breaking code is essential
2331 * Flag rule suppression that enable rule-violations to cross interfaces
2333 # <a name="S-functions"></a>F: Functions
2335 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.
2337 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.
2338 Functions are the most critical part in most interfaces, so see the interface rules.
2340 Function rule summary:
2342 Function definition rules:
2344 * [F.1: "Package" meaningful operations as carefully named functions](#Rf-package)
2345 * [F.2: A function should perform a single logical operation](#Rf-logical)
2346 * [F.3: Keep functions short and simple](#Rf-single)
2347 * [F.4: If a function might have to be evaluated at compile time, declare it `constexpr`](#Rf-constexpr)
2348 * [F.5: If a function is very small and time-critical, declare it inline](#Rf-inline)
2349 * [F.6: If your function must not throw, declare it `noexcept`](#Rf-noexcept)
2350 * [F.7: For general use, take `T*` or `T&` arguments rather than smart pointers](#Rf-smart)
2351 * [F.8: Prefer pure functions](#Rf-pure)
2352 * [F.9: Unused parameters should be unnamed](#Rf-unused)
2354 Parameter passing expression rules:
2356 * [F.15: Prefer simple and conventional ways of passing information](#Rf-conventional)
2357 * [F.16: For "in" parameters, pass cheaply-copied types by value and others by reference to `const`](#Rf-in)
2358 * [F.17: For "in-out" parameters, pass by reference to non-`const`](#Rf-inout)
2359 * [F.18: For "will-move-from" parameters, pass by `X&&` and `std::move` the parameter](#Rf-consume)
2360 * [F.19: For "forward" parameters, pass by `TP&&` and only `std::forward` the parameter](#Rf-forward)
2361 * [F.20: For "out" output values, prefer return values to output parameters](#Rf-out)
2362 * [F.21: To return multiple "out" values, prefer returning a struct or tuple](#Rf-out-multi)
2363 * [F.60: Prefer `T*` over `T&` when "no argument" is a valid option](#Rf-ptr-ref)
2365 Parameter passing semantic rules:
2367 * [F.22: Use `T*` or `owner<T*>` to designate a single object](#Rf-ptr)
2368 * [F.23: Use a `not_null<T>` to indicate that "null" is not a valid value](#Rf-nullptr)
2369 * [F.24: Use a `span<T>` or a `span_p<T>` to designate a half-open sequence](#Rf-range)
2370 * [F.25: Use a `zstring` or a `not_null<zstring>` to designate a C-style string](#Rf-zstring)
2371 * [F.26: Use a `unique_ptr<T>` to transfer ownership where a pointer is needed](#Rf-unique_ptr)
2372 * [F.27: Use a `shared_ptr<T>` to share ownership](#Rf-shared_ptr)
2374 <a name="Rf-value-return"></a>Value return semantic rules:
2376 * [F.42: Return a `T*` to indicate a position (only)](#Rf-return-ptr)
2377 * [F.43: Never (directly or indirectly) return a pointer or a reference to a local object](#Rf-dangle)
2378 * [F.44: Return a `T&` when copy is undesirable and "returning no object" isn't needed](#Rf-return-ref)
2379 * [F.45: Don't return a `T&&`](#Rf-return-ref-ref)
2380 * [F.46: `int` is the return type for `main()`](#Rf-main)
2381 * [F.47: Return `T&` from assignment operators](#Rf-assignment-op)
2382 * [F.48: Don't `return std::move(local)`](#Rf-return-move-local)
2384 Other function rules:
2386 * [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)
2387 * [F.51: Where there is a choice, prefer default arguments over overloading](#Rf-default-args)
2388 * [F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms](#Rf-reference-capture)
2389 * [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)
2390 * [F.54: If you capture `this`, capture all variables explicitly (no default capture)](#Rf-this-capture)
2391 * [F.55: Don't use `va_arg` arguments](#F-varargs)
2393 Functions have strong similarities to lambdas and function objects.
2395 **See also**: [C.lambdas: Function objects and lambdas](#SS-lambdas)
2397 ## <a name="SS-fct-def"></a>F.def: Function definitions
2399 A function definition is a function declaration that also specifies the function's implementation, the function body.
2401 ### <a name="Rf-package"></a>F.1: "Package" meaningful operations as carefully named functions
2403 ##### Reason
2405 Factoring out common code makes code more readable, more likely to be reused, and limit errors from complex code.
2406 If something is a well-specified action, separate it out from its surrounding code and give it a name.
2408 ##### Example, don't
2410     void read_and_print(istream& is)    // read and print an int
2411     {
2412         int x;
2413         if (is >> x)
2414             cout << "the int is " << x << '\n';
2415         else
2416             cerr << "no int on input\n";
2417     }
2419 Almost everything is wrong with `read_and_print`.
2420 It reads, it writes (to a fixed `ostream`), it writes error messages (to a fixed `ostream`), it handles only `int`s.
2421 There is nothing to reuse, logically separate operations are intermingled and local variables are in scope after the end of their logical use.
2422 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
2423 mess could become hard to understand.
2425 ##### Note
2427 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.
2429 ##### Example
2431     sort(a, b, [](T x, T y) { return x.rank() < y.rank() && x.value() < y.value(); });
2433 Naming that lambda breaks up the expression into its logical parts and provides a strong hint to the meaning of the lambda.
2435     auto lessT = [](T x, T y) { return x.rank() < y.rank() && x.value() < y.value(); };
2437     sort(a, b, lessT);
2438     find_if(a, b, lessT);
2440 The shortest code is not always the best for performance or maintainability.
2442 ##### Exception
2444 Loop bodies, including lambdas used as loop bodies, rarely need to be named.
2445 However, large loop bodies (e.g., dozens of lines or dozens of pages) can be a problem.
2446 The rule [Keep functions short and simple](#Rf-single) implies "Keep loop bodies short."
2447 Similarly, lambdas used as callback arguments are sometimes non-trivial, yet unlikely to be reusable.
2449 ##### Enforcement
2451 * See [Keep functions short and simple](#Rf-single)
2452 * Flag identical and very similar lambdas used in different places.
2454 ### <a name="Rf-logical"></a>F.2: A function should perform a single logical operation
2456 ##### Reason
2458 A function that performs a single operation is simpler to understand, test, and reuse.
2460 ##### Example
2462 Consider:
2464     void read_and_print()    // bad
2465     {
2466         int x;
2467         cin >> x;
2468         // check for errors
2469         cout << x << "\n";
2470     }
2472 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:
2474     int read(istream& is)    // better
2475     {
2476         int x;
2477         is >> x;
2478         // check for errors
2479         return x;
2480     }
2482     void print(ostream& os, int x)
2483     {
2484         os << x << "\n";
2485     }
2487 These can now be combined where needed:
2489     void read_and_print()
2490     {
2491         auto x = read(cin);
2492         print(cout, x);
2493     }
2495 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:
2497     auto read = [](auto& input, auto& value)    // better
2498     {
2499         input >> value;
2500         // check for errors
2501     };
2503     auto print(auto& output, const auto& value)
2504     {
2505         output << value << "\n";
2506     }
2508 ##### Enforcement
2510 * Consider functions with more than one "out" parameter suspicious. Use return values instead, including `tuple` for multiple return values.
2511 * Consider "large" functions that don't fit on one editor screen suspicious. Consider factoring such a function into smaller well-named suboperations.
2512 * Consider functions with 7 or more parameters suspicious.
2514 ### <a name="Rf-single"></a>F.3: Keep functions short and simple
2516 ##### Reason
2518 Large functions are hard to read, more likely to contain complex code, and more likely to have variables in larger than minimal scopes.
2519 Functions with complex control structures are more likely to be long and more likely to hide logical errors
2521 ##### Example
2523 Consider:
2525     double simple_func(double val, int flag1, int flag2)
2526         // simple_func: takes a value and calculates the expected ASIC output,
2527         // given the two mode flags.
2528     {
2529         double intermediate;
2530         if (flag1 > 0) {
2531             intermediate = func1(val);
2532             if (flag2 % 2)
2533                  intermediate = sqrt(intermediate);
2534         }
2535         else if (flag1 == -1) {
2536             intermediate = func1(-val);
2537             if (flag2 % 2)
2538                  intermediate = sqrt(-intermediate);
2539             flag1 = -flag1;
2540         }
2541         if (abs(flag2) > 10) {
2542             intermediate = func2(intermediate);
2543         }
2544         switch (flag2 / 10) {
2545         case 1: if (flag1 == -1) return finalize(intermediate, 1.171);
2546                 break;
2547         case 2: return finalize(intermediate, 13.1);
2548         default: break;
2549         }
2550         return finalize(intermediate, 0.);
2551     }
2553 This is too complex.
2554 How would you know if all possible alternatives have been correctly handled?
2555 Yes, it breaks other rules also.
2557 We can refactor:
2559     double func1_muon(double val, int flag)
2560     {
2561         // ???
2562     }
2564     double func1_tau(double val, int flag1, int flag2)
2565     {
2566         // ???
2567     }
2569     double simple_func(double val, int flag1, int flag2)
2570         // simple_func: takes a value and calculates the expected ASIC output,
2571         // given the two mode flags.
2572     {
2573         if (flag1 > 0)
2574             return func1_muon(val, flag2);
2575         if (flag1 == -1)
2576             // handled by func1_tau: flag1 = -flag1;
2577             return func1_tau(-val, flag1, flag2);
2578         return 0.;
2579     }
2581 ##### Note
2583 "It doesn't fit on a screen" is often a good practical definition of "far too large."
2584 One-to-five-line functions should be considered normal.
2586 ##### Note
2588 Break large functions up into smaller cohesive and named functions.
2589 Small simple functions are easily inlined where the cost of a function call is significant.
2591 ##### Enforcement
2593 * Flag functions that do not "fit on a screen."
2594   How big is a screen? Try 60 lines by 140 characters; that's roughly the maximum that's comfortable for a book page.
2595 * Flag functions that are too complex. How complex is too complex?
2596   You could use cyclomatic complexity. Try "more than 10 logical path through." Count a simple switch as one path.
2598 ### <a name="Rf-constexpr"></a>F.4: If a function might have to be evaluated at compile time, declare it `constexpr`
2600 ##### Reason
2602  `constexpr` is needed to tell the compiler to allow compile-time evaluation.
2604 ##### Example
2606 The (in)famous factorial:
2608     constexpr int fac(int n)
2609     {
2610         constexpr int max_exp = 17;      // constexpr enables max_exp to be used in Expects
2611         Expects(0 <= n && n < max_exp);  // prevent silliness and overflow
2612         int x = 1;
2613         for (int i = 2; i <= n; ++i) x *= i;
2614         return x;
2615     }
2617 This is C++14.
2618 For C++11, use a recursive formulation of `fac()`.
2620 ##### Note
2622 `constexpr` does not guarantee compile-time evaluation;
2623 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.
2625     constexpr int min(int x, int y) { return x < y ? x : y; }
2627     void test(int v)
2628     {
2629         int m1 = min(-1, 2);            // probably compile-time evaluation
2630         constexpr int m2 = min(-1, 2);  // compile-time evaluation
2631         int m3 = min(-1, v);            // run-time evaluation
2632         constexpr int m4 = min(-1, v);  // error: cannot evaluate at compile time
2633     }
2635 ##### Note
2637 Don't try to make all functions `constexpr`.
2638 Most computation is best done at run time.
2640 ##### Note
2642 Any API that might eventually depend on high-level run-time configuration or
2643 business logic should not be made `constexpr`. Such customization can not be
2644 evaluated by the compiler, and any `constexpr` functions that depended upon
2645 that API would have to be refactored or drop `constexpr`.
2647 ##### Enforcement
2649 Impossible and unnecessary.
2650 The compiler gives an error if a non-`constexpr` function is called where a constant is required.
2652 ### <a name="Rf-inline"></a>F.5: If a function is very small and time-critical, declare it `inline`
2654 ##### Reason
2656 Some optimizers are good at inlining without hints from the programmer, but don't rely on it.
2657 Measure! Over the last 40 years or so, we have been promised compilers that can inline better than humans without hints from humans.
2658 We are still waiting.
2659 Specifying inline (explicitly, or implicitly when writing member functions inside a class definition) encourages the compiler to do a better job.
2661 ##### Example
2663     inline string cat(const string& s, const string& s2) { return s + s2; }
2665 ##### Exception
2667 Do not put an `inline` function in what is meant to be a stable interface unless you are certain that it will not change.
2668 An inline function is part of the ABI.
2670 ##### Note
2672 `constexpr` implies `inline`.
2674 ##### Note
2676 Member functions defined in-class are `inline` by default.
2678 ##### Exception
2680 Function templates (including member functions of class templates `A<T>::function()` and member function templates `A::function<T>()`) are normally defined in headers and therefore inline.
2682 ##### Enforcement
2684 Flag `inline` functions that are more than three statements and could have been declared out of line (such as class member functions).
2686 ### <a name="Rf-noexcept"></a>F.6: If your function must not throw, declare it `noexcept`
2688 ##### Reason
2690 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.
2692 ##### Example
2694 Put `noexcept` on every function written completely in C or in any other language without exceptions.
2695 The C++ Standard Library does that implicitly for all functions in the C Standard Library.
2697 ##### Note
2699 `constexpr` functions can throw when evaluated at run time, so you might need conditional `noexcept` for some of those.
2701 ##### Example
2703 You can use `noexcept` even on functions that can throw:
2705     vector<string> collect(istream& is) noexcept
2706     {
2707         vector<string> res;
2708         for (string s; is >> s;)
2709             res.push_back(s);
2710         return res;
2711     }
2713 If `collect()` runs out of memory, the program crashes.
2714 Unless the program is crafted to survive memory exhaustion, that might be just the right thing to do;
2715 `terminate()` might generate suitable error log information (but after memory runs out it is hard to do anything clever).
2717 ##### Note
2719 You must be aware of the execution environment that your code is running when
2720 deciding whether to tag a function `noexcept`, especially because of the issue
2721 of throwing and allocation.  Code that is intended to be perfectly general (like
2722 the standard library and other utility code of that sort) needs to support
2723 environments where a `bad_alloc` exception could be handled meaningfully.
2724 However, most programs and execution environments cannot meaningfully
2725 handle a failure to allocate, and aborting the program is the cleanest and
2726 simplest response to an allocation failure in those cases.  If you know that
2727 your application code cannot respond to an allocation failure, it could be
2728 appropriate to add `noexcept` even on functions that allocate.
2730 Put another way: In most programs, most functions can throw (e.g., because they
2731 use `new`, call functions that do, or use library functions that reports failure
2732 by throwing), so don't just sprinkle `noexcept` all over the place without
2733 considering whether the possible exceptions can be handled.
2735 `noexcept` is most useful (and most clearly correct) for frequently used,
2736 low-level functions.
2738 ##### Note
2740 Destructors, `swap` functions, move operations, and default constructors should never throw.
2741 See also [C.44](#Rc-default00).
2743 ##### Enforcement
2745 * Flag functions that are not `noexcept`, yet cannot throw.
2746 * Flag throwing `swap`, `move`, destructors, and default constructors.
2748 ### <a name="Rf-smart"></a>F.7: For general use, take `T*` or `T&` arguments rather than smart pointers
2750 ##### Reason
2752 Passing a smart pointer transfers or shares ownership and should only be used when ownership semantics are intended.
2753 A function that does not manipulate lifetime should take raw pointers or references instead.
2755 Passing by smart pointer restricts the use of a function to callers that use smart pointers.
2756 A function that needs a `widget` should be able to accept any `widget` object, not just ones whose lifetimes are managed by a particular kind of smart pointer.
2758 Passing a shared smart pointer (e.g., `std::shared_ptr`) implies a run-time cost.
2760 ##### Example
2762     // accepts any int*
2763     void f(int*);
2765     // can only accept ints for which you want to transfer ownership
2766     void g(unique_ptr<int>);
2768     // can only accept ints for which you are willing to share ownership
2769     void g(shared_ptr<int>);
2771     // doesn't change ownership, but requires a particular ownership of the caller
2772     void h(const unique_ptr<int>&);
2774     // accepts any int
2775     void h(int&);
2777 ##### Example, bad
2779     // callee
2780     void f(shared_ptr<widget>& w)
2781     {
2782         // ...
2783         use(*w); // only use of w -- the lifetime is not used at all
2784         // ...
2785     };
2787     // caller
2788     shared_ptr<widget> my_widget = /* ... */;
2789     f(my_widget);
2791     widget stack_widget;
2792     f(stack_widget); // error
2794 ##### Example, good
2796     // callee
2797     void f(widget& w)
2798     {
2799         // ...
2800         use(w);
2801         // ...
2802     };
2804     // caller
2805     shared_ptr<widget> my_widget = /* ... */;
2806     f(*my_widget);
2808     widget stack_widget;
2809     f(stack_widget); // ok -- now this works
2811 ##### Note
2813 We can catch many common cases of dangling pointers statically (see [lifetime safety profile](#SS-lifetime)). Function arguments naturally live for the lifetime of the function call, and so have fewer lifetime problems.
2815 ##### Enforcement
2817 * (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()`.
2818   Suggest using a `T*` or `T&` instead.
2819 * 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.
2820   Suggest using a `T*` or `T&` instead.
2822 **see also**:
2824 * [prefer `t*` over `t&` when "no argument" is a valid option](#rf-ptr-ref)
2825 * [smart pointer rule summary](#rr-summary-smartptrs)
2827 ### <a name="Rf-pure"></a>F.8: Prefer pure functions
2829 ##### Reason
2831 Pure functions are easier to reason about, sometimes easier to optimize (and even parallelize), and sometimes can be memoized.
2833 ##### Example
2835     template<class T>
2836     auto square(T t) { return t * t; }
2838 ##### Enforcement
2840 Not possible.
2842 ### <a name="Rf-unused"></a>F.9: Unused parameters should be unnamed
2844 ##### Reason
2846 Readability.
2847 Suppression of unused parameter warnings.
2849 ##### Example
2851     X* find(map<Blob>& m, const string& s, Hint);   // once upon a time, a hint was used
2853 ##### Note
2855 Allowing parameters to be unnamed was introduced in the early 1980 to address this problem.
2857 ##### Enforcement
2859 Flag named unused parameters.
2861 ## <a name="SS-call"></a>F.call: Parameter passing
2863 There are a variety of ways to pass parameters to a function and to return values.
2865 ### <a name="Rf-conventional"></a>F.15: Prefer simple and conventional ways of passing information
2867 ##### Reason
2869 Using "unusual and clever" techniques causes surprises, slows understanding by other programmers, and encourages bugs.
2870 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 might not be portable.
2872 The following tables summarize the advice in the following Guidelines, F.16-21.
2874 Normal parameter passing:
2876 ![Normal parameter passing table](./param-passing-normal.png "Normal parameter passing")
2878 Advanced parameter passing:
2880 ![Advanced parameter passing table](./param-passing-advanced.png "Advanced parameter passing")
2882 Use the advanced techniques only after demonstrating need, and document that need in a comment.
2884 For passing sequences of characters see [String](#SS-string).
2886 ### <a name="Rf-in"></a>F.16: For "in" parameters, pass cheaply-copied types by value and others by reference to `const`
2888 ##### Reason
2890 Both let the caller know that a function will not modify the argument, and both allow initialization by rvalues.
2892 What is "cheap to copy" depends on the machine architecture, but two or three words (doubles, pointers, references) are usually best passed by value.
2893 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.
2895 ##### Example
2897     void f1(const string& s);  // OK: pass by reference to const; always cheap
2899     void f2(string s);         // bad: potentially expensive
2901     void f3(int x);            // OK: Unbeatable
2903     void f4(const int& x);     // bad: overhead on access in f4()
2905 For advanced uses (only), where you really need to optimize for rvalues passed to "input-only" parameters:
2907 * If the function is going to unconditionally move from the argument, take it by `&&`. See [F.18](#Rf-consume).
2908 * If the function is going to keep a copy of the argument, in addition to passing by `const&` (for lvalues),
2909   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).
2910 * In special cases, such as multiple "input + copy" parameters, consider using perfect forwarding. See [F.19](#Rf-forward).
2912 ##### Example
2914     int multiply(int, int); // just input ints, pass by value
2916     // suffix is input-only but not as cheap as an int, pass by const&
2917     string& concatenate(string&, const string& suffix);
2919     void sink(unique_ptr<widget>);  // input only, and moves ownership of the widget
2921 Avoid "esoteric techniques" such as:
2923 * Passing arguments as `T&&` "for efficiency".
2924   Most rumors about performance advantages from passing by `&&` are false or brittle (but see [F.18](#Rf-consume) and [F.19](#Rf-forward)).
2925 * Returning `const T&` from assignments and similar operations (see [F.47](#Rf-assignment-op).)
2927 ##### Example
2929 Assuming that `Matrix` has move operations (possibly by keeping its elements in a `std::vector`):
2931     Matrix operator+(const Matrix& a, const Matrix& b)
2932     {
2933         Matrix res;
2934         // ... fill res with the sum ...
2935         return res;
2936     }
2938     Matrix x = m1 + m2;  // move constructor
2940     y = m3 + m3;         // move assignment
2942 ##### Notes
2944 The return value optimization doesn't handle the assignment case, but the move assignment does.
2946 A reference can be assumed to refer to a valid object (language rule).
2947 There is no (legitimate) "null reference."
2948 If you need the notion of an optional value, use a pointer, `std::optional`, or a special value used to denote "no value."
2950 ##### Enforcement
2952 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a parameter being passed by value has a size greater than `2 * sizeof(void*)`.
2953   Suggest using a reference to `const` instead.
2954 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a parameter passed by reference to `const` has a size less than `2 * sizeof(void*)`. Suggest passing by value instead.
2955 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a parameter passed by reference to `const` is `move`d.
2957 ### <a name="Rf-inout"></a>F.17: For "in-out" parameters, pass by reference to non-`const`
2959 ##### Reason
2961 This makes it clear to callers that the object is assumed to be modified.
2963 ##### Example
2965     void update(Record& r);  // assume that update writes to r
2967 ##### Note
2969 A `T&` argument can pass information into a function as well as out of it.
2970 Thus `T&` could be an in-out-parameter. That can in itself be a problem and a source of errors:
2972     void f(string& s)
2973     {
2974         s = "New York";  // non-obvious error
2975     }
2977     void g()
2978     {
2979         string buffer = ".................................";
2980         f(buffer);
2981         // ...
2982     }
2984 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).
2985 A bad logic error can happen if the writer of `g()` incorrectly assumes the size of the `buffer`.
2987 ##### Enforcement
2989 * (Moderate) ((Foundation)) Warn about functions regarding reference to non-`const` parameters that do *not* write to them.
2990 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a non-`const` parameter being passed by reference is `move`d.
2992 ### <a name="Rf-consume"></a>F.18: For "will-move-from" parameters, pass by `X&&` and `std::move` the parameter
2994 ##### Reason
2996 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.
2998 ##### Example
3000     void sink(vector<int>&& v)  // sink takes ownership of whatever the argument owned
3001     {
3002         // usually there might be const accesses of v here
3003         store_somewhere(std::move(v));
3004         // usually no more use of v here; it is moved-from
3005     }
3007 Note that the `std::move(v)` makes it possible for `store_somewhere()` to leave `v` in a moved-from state.
3008 [That could be dangerous](#Rc-move-semantic).
3011 ##### Exception
3013 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.
3015 For example:
3017     template<class T>
3018     void sink(std::unique_ptr<T> p)
3019     {
3020         // use p ... possibly std::move(p) onward somewhere else
3021     }   // p gets destroyed
3023 ##### Enforcement
3025 * Flag all `X&&` parameters (where `X` is not a template type parameter name) where the function body uses them without `std::move`.
3026 * Flag access to moved-from objects.
3027 * Don't conditionally move from objects
3029 ### <a name="Rf-forward"></a>F.19: For "forward" parameters, pass by `TP&&` and only `std::forward` the parameter
3031 ##### Reason
3033 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.
3035 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.
3037 ##### Example
3039     template<class F, class... Args>
3040     inline auto invoke(F f, Args&&... args)
3041     {
3042         return f(forward<Args>(args)...);
3043     }
3045     ??? calls ???
3047 ##### Enforcement
3049 * 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.
3051 ### <a name="Rf-out"></a>F.20: For "out" output values, prefer return values to output parameters
3053 ##### Reason
3055 A return value is self-documenting, whereas a `&` could be either in-out or out-only and is liable to be misused.
3057 This includes large objects like standard containers that use implicit move operations for performance and to avoid explicit memory management.
3059 If you have multiple values to return, [use a tuple](#Rf-out-multi) or similar multi-member type.
3061 ##### Example
3063     // OK: return pointers to elements with the value x
3064     vector<const int*> find_all(const vector<int>&, int x);
3066     // Bad: place pointers to elements with value x in-out
3067     void find_all(const vector<int>&, vector<const int*>& out, int x);
3069 ##### Note
3071 A `struct` of many (individually cheap-to-move) elements might be in aggregate expensive to move.
3073 ##### Note
3075 It is not recommended to return a `const` value.
3076 Such older advice is now obsolete; it does not add value, and it interferes with move semantics.
3078     const vector<int> fct();    // bad: that "const" is more trouble than it is worth
3080     vector<int> g(const vector<int>& vx)
3081     {
3082         // ...
3083         fct() = vx;   // prevented by the "const"
3084         // ...
3085         return fct(); // expensive copy: move semantics suppressed by the "const"
3086     }
3088 The argument for adding `const` to a return value is that it prevents (very rare) accidental access to a temporary.
3089 The argument against is prevents (very frequent) use of move semantics.
3091 ##### Exceptions
3093 * For non-value types, such as types in an inheritance hierarchy, return the object by `unique_ptr` or `shared_ptr`.
3094 * 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).
3095 * 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).
3097 ##### Example
3099     struct Package {      // exceptional case: expensive-to-move object
3100         char header[16];
3101         char load[2024 - 16];
3102     };
3104     Package fill();       // Bad: large return value
3105     void fill(Package&);  // OK
3107     int val();            // OK
3108     void val(int&);       // Bad: Is val reading its argument
3110 ##### Enforcement
3112 * 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.
3113 * Flag returning a `const` value. To fix: Remove `const` to return a non-`const` value instead.
3115 ### <a name="Rf-out-multi"></a>F.21: To return multiple "out" values, prefer returning a struct or tuple
3117 ##### Reason
3119 A return value is self-documenting as an "output-only" value.
3120 Note that C++ does have multiple return values, by convention of using a `tuple` (including `pair`), possibly with the extra convenience of `tie` or structured bindings (C++17) at the call site.
3121 Prefer using a named struct where there are semantics to the returned value. Otherwise, a nameless `tuple` is useful in generic code.
3123 ##### Example
3125     // BAD: output-only parameter documented in a comment
3126     int f(const string& input, /*output only*/ string& output_data)
3127     {
3128         // ...
3129         output_data = something();
3130         return status;
3131     }
3133     // GOOD: self-documenting
3134     tuple<int, string> f(const string& input)
3135     {
3136         // ...
3137         return make_tuple(status, something());
3138     }
3140 C++98's standard library already used this style, because a `pair` is like a two-element `tuple`.
3141 For example, given a `set<string> my_set`, consider:
3143     // C++98
3144     result = my_set.insert("Hello");
3145     if (result.second) do_something_with(result.first);    // workaround
3147 With C++11 we can write this, putting the results directly in existing local variables:
3149     Sometype iter;                                // default initialize if we haven't already
3150     Someothertype success;                        // used these variables for some other purpose
3152     tie(iter, success) = my_set.insert("Hello");   // normal return value
3153     if (success) do_something_with(iter);
3155 With C++17 we are able to use "structured bindings" to declare and initialize the multiple variables:
3157     if (auto [ iter, success ] = my_set.insert("Hello"); success) do_something_with(iter);
3159 ##### Exception
3161 Sometimes, we need to pass an object to a function to manipulate its state.
3162 In such cases, passing the object by reference [`T&`](#Rf-inout) is usually the right technique.
3163 Explicitly passing an in-out parameter back out again as a return value is often not necessary.
3164 For example:
3166     istream& operator>>(istream& is, string& s);    // much like std::operator>>()
3168     for (string s; cin >> s; ) {
3169         // do something with line
3170     }
3172 Here, both `s` and `cin` are used as in-out parameters.
3173 We pass `cin` by (non-`const`) reference to be able to manipulate its state.
3174 We pass `s` to avoid repeated allocations.
3175 By reusing `s` (passed by reference), we allocate new memory only when we need to expand `s`'s capacity.
3176 This technique is sometimes called the "caller-allocated out" pattern and is particularly useful for types,
3177 such as `string` and `vector`, that needs to do free store allocations.
3179 To compare, if we passed out all values as return values, we would something like this:
3181     pair<istream&, string> get_string(istream& is)  // not recommended
3182     {
3183         string s;
3184         is >> s;
3185         return {is, s};
3186     }
3188     for (auto p = get_string(cin); p.first; ) {
3189         // do something with p.second
3190     }
3192 We consider that significantly less elegant with significantly less performance.
3194 For a truly strict reading of this rule (F.21), the exception isn't really an exception because it relies on in-out parameters,
3195 rather than the plain out parameters mentioned in the rule.
3196 However, we prefer to be explicit, rather than subtle.
3198 ##### Note
3200 In many cases, it can be useful to return a specific, user-defined type.
3201 For example:
3203     struct Distance {
3204         int value;
3205         int unit = 1;   // 1 means meters
3206     };
3208     Distance d1 = measure(obj1);        // access d1.value and d1.unit
3209     auto d2 = measure(obj2);            // access d2.value and d2.unit
3210     auto [value, unit] = measure(obj3); // access value and unit; somewhat redundant
3211                                         // to people who know measure()
3212     auto [x, y] = measure(obj4);        // don't; it's likely to be confusing
3214 The overly-generic `pair` and `tuple` should be used only when the value returned represents independent entities rather than an abstraction.
3216 Another example, use a specific type along the lines of `variant<T, error_code>`, rather than using the generic `tuple`.
3218 ##### Enforcement
3220 * Output parameters should be replaced by return values.
3221   An output parameter is one that the function writes to, invokes a non-`const` member function, or passes on as a non-`const`.
3223 ### <a name="Rf-ptr"></a>F.22: Use `T*` or `owner<T*>` to designate a single object
3225 ##### Reason
3227 Readability: it makes the meaning of a plain pointer clear.
3228 Enables significant tool support.
3230 ##### Note
3232 In traditional C and C++ code, plain `T*` is used for many weakly-related purposes, such as:
3234 * Identify a (single) object (not to be deleted by this function)
3235 * Point to an object allocated on the free store (and delete it later)
3236 * Hold the `nullptr`
3237 * Identify a C-style string (zero-terminated array of characters)
3238 * Identify an array with a length specified separately
3239 * Identify a location in an array
3241 This makes it hard to understand what the code does and is supposed to do.
3242 It complicates checking and tool support.
3244 ##### Example
3246     void use(int* p, int n, char* s, int* q)
3247     {
3248         p[n - 1] = 666; // Bad: we don't know if p points to n elements;
3249                         // assume it does not or use span<int>
3250         cout << s;      // Bad: we don't know if that s points to a zero-terminated array of char;
3251                         // assume it does not or use zstring
3252         delete q;       // Bad: we don't know if *q is allocated on the free store;
3253                         // assume it does not or use owner
3254     }
3256 better
3258     void use2(span<int> p, zstring s, owner<int*> q)
3259     {
3260         p[p.size() - 1] = 666; // OK, a range error can be caught
3261         cout << s; // OK
3262         delete q;  // OK
3263     }
3265 ##### Note
3267 `owner<T*>` represents ownership, `zstring` represents a C-style string.
3269 **Also**: Assume that a `T*` obtained from a smart pointer to `T` (e.g., `unique_ptr<T>`) points to a single element.
3271 **See also**: [Support library](#S-gsl)
3273 **See also**: [Do not pass an array as a single pointer](#Ri-array)
3275 ##### Enforcement
3277 * (Simple) ((Bounds)) Warn for any arithmetic operation on an expression of pointer type that results in a value of pointer type.
3279 ### <a name="Rf-nullptr"></a>F.23: Use a `not_null<T>` to indicate that "null" is not a valid value
3281 ##### Reason
3283 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 might be necessary.
3284 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`.
3286 ##### Example
3288 `not_null<T*>` makes it obvious to a reader (human or machine) that a test for `nullptr` is not necessary before dereference.
3289 Additionally, when debugging, `owner<T*>` and `not_null<T>` can be instrumented to check for correctness.
3291 Consider:
3293     int length(Record* p);
3295 When I call `length(p)` should I check if `p` is `nullptr` first? Should the implementation of `length()` check if `p` is `nullptr`?
3297     // it is the caller's job to make sure p != nullptr
3298     int length(not_null<Record*> p);
3300     // the implementor of length() must assume that p == nullptr is possible
3301     int length(Record* p);
3303 ##### Note
3305 A `not_null<T*>` is assumed not to be the `nullptr`; a `T*` might be the `nullptr`; both can be represented in memory as a `T*` (so no run-time overhead is implied).
3307 ##### Note
3309 `not_null` is not just for built-in pointers. It works for `unique_ptr`, `shared_ptr`, and other pointer-like types.
3311 ##### Enforcement
3313 * (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.
3314 * (Simple) Error if a raw pointer is sometimes dereferenced after first being tested against `nullptr` (or equivalent) within the function and sometimes is not.
3315 * (Simple) Warn if a `not_null` pointer is tested against `nullptr` within a function.
3317 ### <a name="Rf-range"></a>F.24: Use a `span<T>` or a `span_p<T>` to designate a half-open sequence
3319 ##### Reason
3321 Informal/non-explicit ranges are a source of errors.
3323 ##### Example
3325     X* find(span<X> r, const X& v);    // find v in r
3327     vector<X> vec;
3328     // ...
3329     auto p = find({vec.begin(), vec.end()}, X{});  // find X{} in vec
3331 ##### Note
3333 Ranges are extremely common in C++ code. Typically, they are implicit and their correct use is very hard to ensure.
3334 In particular, given a pair of arguments `(p, n)` designating an array `[p:p+n)`,
3335 it is in general impossible to know if there really are `n` elements to access following `*p`.
3336 `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.
3338 ##### Example
3340 A `span` represents a range of elements, but how do we manipulate elements of that range?
3342     void f(span<int> s)
3343     {
3344         // range traversal (guaranteed correct)
3345         for (int x : s) cout << x << '\n';
3347         // C-style traversal (potentially checked)
3348         for (gsl::index i = 0; i < s.size(); ++i) cout << s[i] << '\n';
3350         // random access (potentially checked)
3351         s[7] = 9;
3353         // extract pointers (potentially checked)
3354         std::sort(&s[0], &s[s.size() / 2]);
3355     }
3357 ##### Note
3359 A `span<T>` object does not own its elements and is so small that it can be passed by value.
3361 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.
3363 **See also**: [Support library](#S-gsl)
3365 ##### Enforcement
3367 (Complex) Warn where accesses to pointer parameters are bounded by other parameters that are integral types and suggest they could use `span` instead.
3369 ### <a name="Rf-zstring"></a>F.25: Use a `zstring` or a `not_null<zstring>` to designate a C-style string
3371 ##### Reason
3373 C-style strings are ubiquitous. They are defined by convention: zero-terminated arrays of characters.
3374 We must distinguish C-style strings from a pointer to a single character or an old-fashioned pointer to an array of characters.
3376 If you don't need null termination, use `string_view`.
3378 ##### Example
3380 Consider:
3382     int length(const char* p);
3384 When I call `length(s)` should I check if `s` is `nullptr` first? Should the implementation of `length()` check if `p` is `nullptr`?
3386     // the implementor of length() must assume that p == nullptr is possible
3387     int length(zstring p);
3389     // it is the caller's job to make sure p != nullptr
3390     int length(not_null<zstring> p);
3392 ##### Note
3394 `zstring` does not represent ownership.
3396 **See also**: [Support library](#S-gsl)
3398 ### <a name="Rf-unique_ptr"></a>F.26: Use a `unique_ptr<T>` to transfer ownership where a pointer is needed
3400 ##### Reason
3402 Using `unique_ptr` is the cheapest way to pass a pointer safely.
3404 **See also**: [C.50](#Rc-factory) regarding when to return a `shared_ptr` from a factory.
3406 ##### Example
3408     unique_ptr<Shape> get_shape(istream& is)  // assemble shape from input stream
3409     {
3410         auto kind = read_header(is); // read header and identify the next shape on input
3411         switch (kind) {
3412         case kCircle:
3413             return make_unique<Circle>(is);
3414         case kTriangle:
3415             return make_unique<Triangle>(is);
3416         // ...
3417         }
3418     }
3420 ##### Note
3422 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).
3424 ##### Enforcement
3426 (Simple) Warn if a function returns a locally allocated raw pointer. Suggest using either `unique_ptr` or `shared_ptr` instead.
3428 ### <a name="Rf-shared_ptr"></a>F.27: Use a `shared_ptr<T>` to share ownership
3430 ##### Reason
3432 Using `std::shared_ptr` is the standard way to represent shared ownership. That is, the last owner deletes the object.
3434 ##### Example
3436     shared_ptr<const Image> im { read_image(somewhere) };
3438     std::thread t0 {shade, args0, top_left, im};
3439     std::thread t1 {shade, args1, top_right, im};
3440     std::thread t2 {shade, args2, bottom_left, im};
3441     std::thread t3 {shade, args3, bottom_right, im};
3443     // detach threads
3444     // last thread to finish deletes the image
3446 ##### Note
3448 Prefer a `unique_ptr` over a `shared_ptr` if there is never more than one owner at a time.
3449 `shared_ptr` is for shared ownership.
3451 Note that pervasive use of `shared_ptr` has a cost (atomic operations on the `shared_ptr`'s reference count have a measurable aggregate cost).
3453 ##### Alternative
3455 Have a single object own the shared object (e.g. a scoped object) and destroy that (preferably implicitly) when all users have completed.
3457 ##### Enforcement
3459 (Not enforceable) This is a too complex pattern to reliably detect.
3461 ### <a name="Rf-ptr-ref"></a>F.60: Prefer `T*` over `T&` when "no argument" is a valid option
3463 ##### Reason
3465 A pointer (`T*`) can be a `nullptr` and a reference (`T&`) cannot, there is no valid "null reference".
3466 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.
3468 ##### Example
3470     string zstring_to_string(zstring p) // zstring is a char*; that is a C-style string
3471     {
3472         if (!p) return string{};    // p might be nullptr; remember to check
3473         return string{p};
3474     }
3476     void print(const vector<int>& r)
3477     {
3478         // r refers to a vector<int>; no check needed
3479     }
3481 ##### Note
3483 It is possible, but not valid C++ to construct a reference that is essentially a `nullptr` (e.g., `T* p = nullptr; T& r = *p;`).
3484 That error is very uncommon.
3486 ##### Note
3488 If you prefer the pointer notation (`->` and/or `*` vs. `.`), `not_null<T*>` provides the same guarantee as `T&`.
3490 ##### Enforcement
3492 * Flag ???
3494 ### <a name="Rf-return-ptr"></a>F.42: Return a `T*` to indicate a position (only)
3496 ##### Reason
3498 That's what pointers are good for.
3499 Returning a `T*` to transfer ownership is a misuse.
3501 ##### Example
3503     Node* find(Node* t, const string& s)  // find s in a binary tree of Nodes
3504     {
3505         if (!t || t->name == s) return t;
3506         if ((auto p = find(t->left, s))) return p;
3507         if ((auto p = find(t->right, s))) return p;
3508         return nullptr;
3509     }
3511 If it isn't the `nullptr`, the pointer returned by `find` indicates a `Node` holding `s`.
3512 Importantly, that does not imply a transfer of ownership of the pointed-to object to the caller.
3514 ##### Note
3516 Positions can also be transferred by iterators, indices, and references.
3517 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](???).
3519 ##### Note
3521 Do not return a pointer to something that is not in the caller's scope; see [F.43](#Rf-dangle).
3523 **See also**: [discussion of dangling pointer prevention](#???)
3525 ##### Enforcement
3527 * Flag `delete`, `std::free()`, etc. applied to a plain `T*`.
3528 Only owners should be deleted.
3529 * Flag `new`, `malloc()`, etc. assigned to a plain `T*`.
3530 Only owners should be responsible for deletion.
3532 ### <a name="Rf-dangle"></a>F.43: Never (directly or indirectly) return a pointer or a reference to a local object
3534 ##### Reason
3536 To avoid the crashes and data corruption that can result from the use of such a dangling pointer.
3538 ##### Example, bad
3540 After the return from a function its local objects no longer exist:
3542     int* f()
3543     {
3544         int fx = 9;
3545         return &fx;  // BAD
3546     }
3548     void g(int* p)   // looks innocent enough
3549     {
3550         int gx;
3551         cout << "*p == " << *p << '\n';
3552         *p = 999;
3553         cout << "gx == " << gx << '\n';
3554     }
3556     void h()
3557     {
3558         int* p = f();
3559         int z = *p;  // read from abandoned stack frame (bad)
3560         g(p);        // pass pointer to abandoned stack frame to function (bad)
3561     }
3563 Here on one popular implementation I got the output:
3565     *p == 999
3566     gx == 999
3568 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`.
3570 * Imagine what would happen if `fx` and `gx` were of different types.
3571 * Imagine what would happen if `fx` or `gx` was a type with an invariant.
3572 * Imagine what would happen if more that dangling pointer was passed around among a larger set of functions.
3573 * Imagine what a cracker could do with that dangling pointer.
3575 Fortunately, most (all?) modern compilers catch and warn against this simple case.
3577 ##### Note
3579 This applies to references as well:
3581     int& f()
3582     {
3583         int x = 7;
3584         // ...
3585         return x;  // Bad: returns reference to object that is about to be destroyed
3586     }
3588 ##### Note
3590 This applies only to non-`static` local variables.
3591 All `static` variables are (as their name indicates) statically allocated, so that pointers to them cannot dangle.
3593 ##### Example, bad
3595 Not all examples of leaking a pointer to a local variable are that obvious:
3597     int* glob;       // global variables are bad in so many ways
3599     template<class T>
3600     void steal(T x)
3601     {
3602         glob = x();  // BAD
3603     }
3605     void f()
3606     {
3607         int i = 99;
3608         steal([&] { return &i; });
3609     }
3611     int main()
3612     {
3613         f();
3614         cout << *glob << '\n';
3615     }
3617 Here I managed to read the location abandoned by the call of `f`.
3618 The pointer stored in `glob` could be used much later and cause trouble in unpredictable ways.
3620 ##### Note
3622 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.
3624 ##### Note
3626 Similar examples can be constructed "leaking" a pointer from an inner scope to an outer one;
3627 such examples are handled equivalently to leaks of pointers out of a function.
3629 A slightly different variant of the problem is placing pointers in a container that outlives the objects pointed to.
3631 **See also**: Another way of getting dangling pointers is [pointer invalidation](#???).
3632 It can be detected/prevented with similar techniques.
3634 ##### Enforcement
3636 * Compilers tend to catch return of reference to locals and could in many cases catch return of pointers to locals.
3637 * Static analysis can catch many common patterns of the use of pointers indicating positions (thus eliminating dangling pointers)
3639 ### <a name="Rf-return-ref"></a>F.44: Return a `T&` when copy is undesirable and "returning no object" isn't needed
3641 ##### Reason
3643 The language guarantees that a `T&` refers to an object, so that testing for `nullptr` isn't necessary.
3645 **See also**: The return of a reference must not imply transfer of ownership:
3646 [discussion of dangling pointer prevention](#???) and [discussion of ownership](#???).
3648 ##### Example
3650     class Car
3651     {
3652         array<wheel, 4> w;
3653         // ...
3654     public:
3655         wheel& get_wheel(int i) { Expects(i < w.size()); return w[i]; }
3656         // ...
3657     };
3659     void use()
3660     {
3661         Car c;
3662         wheel& w0 = c.get_wheel(0); // w0 has the same lifetime as c
3663     }
3665 ##### Enforcement
3667 Flag functions where no `return` expression could yield `nullptr`
3669 ### <a name="Rf-return-ref-ref"></a>F.45: Don't return a `T&&`
3671 ##### Reason
3673 It's asking to return a reference to a destroyed temporary object.
3674 A `&&` is a magnet for temporary objects.
3676 ##### Example
3678 A returned rvalue reference goes out of scope at the end of the full expression to which it is returned:
3680     auto&& x = max(0, 1);   // OK, so far
3681     foo(x);                 // Undefined behavior
3683 This kind of use is a frequent source of bugs, often incorrectly reported as a compiler bug.
3684 An implementer of a function should avoid setting such traps for users.
3686 The [lifetime safety profile](#SS-lifetime) will (when completely implemented) catch such problems.
3689 ##### Example
3691 Returning an rvalue reference is fine when the reference to the temporary is being passed "downward" to a callee;
3692 then, the temporary is guaranteed to outlive the function call (see [F.18](#Rf-consume) and [F.19](#Rf-forward)).
3693 However, it's not fine when passing such a reference "upward" to a larger caller scope.
3694 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&&`).
3696 Assume that `F` returns by value:
3698     template<class F>
3699     auto&& wrapper(F f)
3700     {
3701         log_call(typeid(f)); // or whatever instrumentation
3702         return f();          // BAD: returns a reference to a temporary
3703     }
3705 Better:
3707     template<class F>
3708     auto wrapper(F f)
3709     {
3710         log_call(typeid(f)); // or whatever instrumentation
3711         return f();          // OK
3712     }
3715 ##### Exception
3717 `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 `&&`.
3719 ##### Enforcement
3721 Flag any use of `&&` as a return type, except in `std::move` and `std::forward`.
3723 ### <a name="Rf-main"></a>F.46: `int` is the return type for `main()`
3725 ##### Reason
3727 It's a language rule, but violated through "language extensions" so often that it is worth mentioning.
3728 Declaring `main` (the one global `main` of a program) `void` limits portability.
3730 ##### Example
3732         void main() { /* ... */ };  // bad, not C++
3734         int main()
3735         {
3736             std::cout << "This is the way to do it\n";
3737         }
3739 ##### Note
3741 We mention this only because of the persistence of this error in the community.
3743 ##### Enforcement
3745 * The compiler should do it
3746 * If the compiler doesn't do it, let tools flag it
3748 ### <a name="Rf-assignment-op"></a>F.47: Return `T&` from assignment operators
3750 ##### Reason
3752 The convention for operator overloads (especially on value types) is for
3753 `operator=(const T&)` to perform the assignment and then return (non-`const`)
3754 `*this`.  This ensures consistency with standard-library types and follows the
3755 principle of "do as the ints do."
3757 ##### Note
3759 Historically there was some guidance to make the assignment operator return `const T&`.
3760 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.
3762 ##### Example
3764     class Foo
3765     {
3766      public:
3767         ...
3768         Foo& operator=(const Foo& rhs)
3769         {
3770           // Copy members.
3771           ...
3772           return *this;
3773         }
3774     };
3776 ##### Enforcement
3778 This should be enforced by tooling by checking the return type (and return
3779 value) of any assignment operator.
3782 ### <a name="Rf-return-move-local"></a>F.48: Don't `return std::move(local)`
3784 ##### Reason
3786 With guaranteed copy elision, it is now almost always a pessimization to expressly use `std::move` in a return statement.
3788 ##### Example, bad
3790     S f()
3791     {
3792       S result;
3793       return std::move(result);
3794     }
3796 ##### Example, good
3798     S f()
3799     {
3800       S result;
3801       return result;
3802     }
3804 ##### Enforcement
3806 This should be enforced by tooling by checking the return expression .
3809 ### <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)
3811 ##### Reason
3813 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.
3815 ##### Example
3817     // writing a function that should only take an int or a string
3818     // -- overloading is natural
3819     void f(int);
3820     void f(const string&);
3822     // writing a function object that needs to capture local state and appear
3823     // at statement or expression scope -- a lambda is natural
3824     vector<work> v = lots_of_work();
3825     for (int tasknum = 0; tasknum < max; ++tasknum) {
3826         pool.run([=, &v] {
3827             /*
3828             ...
3829             ... process 1 / max - th of v, the tasknum - th chunk
3830             ...
3831             */
3832         });
3833     }
3834     pool.join();
3836 ##### Exception
3838 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.
3840 ##### Enforcement
3842 * 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.
3844 ### <a name="Rf-default-args"></a>F.51: Where there is a choice, prefer default arguments over overloading
3846 ##### Reason
3848 Default arguments simply provide alternative interfaces to a single implementation.
3849 There is no guarantee that a set of overloaded functions all implement the same semantics.
3850 The use of default arguments can avoid code replication.
3852 ##### Note
3854 There is a choice between using default argument and overloading when the alternatives are from a set of arguments of the same types.
3855 For example:
3857     void print(const string& s, format f = {});
3859 as opposed to
3861     void print(const string& s);  // use default format
3862     void print(const string& s, format f);
3864 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:
3866     void print(const char&);
3867     void print(int);
3868     void print(zstring);
3870 ##### See also
3873 [Default arguments for virtual functions](#Rh-virtual-default-arg)
3875 ##### Enforcement
3877 * 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.)
3879 ### <a name="Rf-reference-capture"></a>F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms
3881 ##### Reason
3883 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.
3885 ##### Discussion
3887 The efficiency consideration is that most types are cheaper to pass by reference than by value.
3889 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.
3891 ##### Note
3893 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.
3895 ##### Example
3897 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 might not be copyable):
3899     std::for_each(begin(sockets), end(sockets), [&message](auto& socket)
3900     {
3901         socket.send(message);
3902     });
3904 ##### Example
3906 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.
3908     void send_packets(buffers& bufs)
3909     {
3910         stage encryptor([](buffer& b) { encrypt(b); });
3911         stage compressor([&](buffer& b) { compress(b); encryptor.process(b); });
3912         stage decorator([&](buffer& b) { decorate(b); compressor.process(b); });
3913         for (auto& b : bufs) { decorator.process(b); }
3914     }  // automatically blocks waiting for pipeline to finish
3916 ##### Enforcement
3918 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.)
3920 ### <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
3922 ##### Reason
3924 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.
3926 ##### Example, bad
3928     int local = 42;
3930     // Want a reference to local.
3931     // Note, that after program exits this scope,
3932     // local no longer exists, therefore
3933     // process() call will have undefined behavior!
3934     thread_pool.queue_work([&] { process(local); });
3936 ##### Example, good
3938     int local = 42;
3939     // Want a copy of local.
3940     // Since a copy of local is made, it will
3941     // always be available for the call.
3942     thread_pool.queue_work([=] { process(local); });
3944 ##### Enforcement
3946 * (Simple) Warn when capture-list contains a reference to a locally declared variable
3947 * (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
3949 ### <a name="Rf-this-capture"></a>F.54: If you capture `this`, capture all variables explicitly (no default capture)
3951 ##### Reason
3953 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.
3955 ##### Example
3957     class My_class {
3958         int x = 0;
3959         // ...
3961         void f()
3962         {
3963             int i = 0;
3964             // ...
3966             auto lambda = [=] { use(i, x); };   // BAD: "looks like" copy/value capture
3967             // [&] has identical semantics and copies the this pointer under the current rules
3968             // [=,this] and [&,this] are not much better, and confusing
3970             x = 42;
3971             lambda(); // calls use(0, 42);
3972             x = 43;
3973             lambda(); // calls use(0, 43);
3975             // ...
3977             auto lambda2 = [i, this] { use(i, x); }; // ok, most explicit and least confusing
3979             // ...
3980         }
3981     };
3983 ##### Note
3985 This is under active discussion in standardization, and might 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.
3987 ##### Enforcement
3989 * Flag any lambda capture-list that specifies a default capture and also captures `this` (whether explicitly or via default capture)
3991 ### <a name="F-varargs"></a>F.55: Don't use `va_arg` arguments
3993 ##### Reason
3995 Reading from a `va_arg` assumes that the correct type was actually passed.
3996 Passing to varargs assumes the correct type will be read.
3997 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.
3999 ##### Example
4001     int sum(...)
4002     {
4003         // ...
4004         while (/*...*/)
4005             result += va_arg(list, int); // BAD, assumes it will be passed ints
4006         // ...
4007     }
4009     sum(3, 2); // ok
4010     sum(3.14159, 2.71828); // BAD, undefined
4012     template<class ...Args>
4013     auto sum(Args... args) // GOOD, and much more flexible
4014     {
4015         return (... + args); // note: C++17 "fold expression"
4016     }
4018     sum(3, 2); // ok: 5
4019     sum(3.14159, 2.71828); // ok: ~5.85987
4021 ##### Alternatives
4023 * overloading
4024 * variadic templates
4025 * `variant` arguments
4026 * `initializer_list` (homogeneous)
4028 ##### Note
4030 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.
4032 ##### Enforcement
4034 * Issue a diagnostic for using `va_list`, `va_start`, or `va_arg`.
4035 * 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)]]`.
4037 # <a name="S-class"></a>C: Classes and class hierarchies
4039 A class is a user-defined type, for which a programmer can define the representation, operations, and interfaces.
4040 Class hierarchies are used to organize related classes into hierarchical structures.
4042 Class rule summary:
4044 * [C.1: Organize related data into structures (`struct`s or `class`es)](#Rc-org)
4045 * [C.2: Use `class` if the class has an invariant; use `struct` if the data members can vary independently](#Rc-struct)
4046 * [C.3: Represent the distinction between an interface and an implementation using a class](#Rc-interface)
4047 * [C.4: Make a function a member only if it needs direct access to the representation of a class](#Rc-member)
4048 * [C.5: Place helper functions in the same namespace as the class they support](#Rc-helper)
4049 * [C.7: Don't define a class or enum and declare a variable of its type in the same statement](#Rc-standalone)
4050 * [C.8: Use `class` rather than `struct` if any member is non-public](#Rc-class)
4051 * [C.9: Minimize exposure of members](#Rc-private)
4053 Subsections:
4055 * [C.concrete: Concrete types](#SS-concrete)
4056 * [C.ctor: Constructors, assignments, and destructors](#S-ctor)
4057 * [C.con: Containers and other resource handles](#SS-containers)
4058 * [C.lambdas: Function objects and lambdas](#SS-lambdas)
4059 * [C.hier: Class hierarchies (OOP)](#SS-hier)
4060 * [C.over: Overloading and overloaded operators](#SS-overload)
4061 * [C.union: Unions](#SS-union)
4063 ### <a name="Rc-org"></a>C.1: Organize related data into structures (`struct`s or `class`es)
4065 ##### Reason
4067 Ease of comprehension.
4068 If data is related (for fundamental reasons), that fact should be reflected in code.
4070 ##### Example
4072     void draw(int x, int y, int x2, int y2);  // BAD: unnecessary implicit relationships
4073     void draw(Point from, Point to);          // better
4075 ##### Note
4077 A simple class without virtual functions implies no space or time overhead.
4079 ##### Note
4081 From a language perspective `class` and `struct` differ only in the default visibility of their members.
4083 ##### Enforcement
4085 Probably impossible. Maybe a heuristic looking for data items used together is possible.
4087 ### <a name="Rc-struct"></a>C.2: Use `class` if the class has an invariant; use `struct` if the data members can vary independently
4089 ##### Reason
4091 Readability.
4092 Ease of comprehension.
4093 The use of `class` alerts the programmer to the need for an invariant.
4094 This is a useful convention.
4096 ##### Note
4098 An invariant is a logical condition for the members of an object that a constructor must establish for the public member functions to assume.
4099 After the invariant is established (typically by a constructor) every member function can be called for the object.
4100 An invariant can be stated informally (e.g., in a comment) or more formally using `Expects`.
4102 If all data members can vary independently of each other, no invariant is possible.
4104 ##### Example
4106     struct Pair {  // the members can vary independently
4107         string name;
4108         int volume;
4109     };
4111 but:
4113     class Date {
4114     public:
4115         // validate that {yy, mm, dd} is a valid date and initialize
4116         Date(int yy, Month mm, char dd);
4117         // ...
4118     private:
4119         int y;
4120         Month m;
4121         char d;    // day
4122     };
4124 ##### Note
4126 If a class has any `private` data, a user cannot completely initialize an object without the use of a constructor.
4127 Hence, the class definer will provide a constructor and must specify its meaning.
4128 This effectively means the definer need to define an invariant.
4130 **See also**:
4132 * [define a class with private data as `class`](#Rc-class)
4133 * [Prefer to place the interface first in a class](#Rl-order)
4134 * [minimize exposure of members](#Rc-private)
4135 * [Avoid `protected` data](#Rh-protected)
4137 ##### Enforcement
4139 Look for `struct`s with all data private and `class`es with public members.
4141 ### <a name="Rc-interface"></a>C.3: Represent the distinction between an interface and an implementation using a class
4143 ##### Reason
4145 An explicit distinction between interface and implementation improves readability and simplifies maintenance.
4147 ##### Example
4149     class Date {
4150     public:
4151         Date();
4152         // validate that {yy, mm, dd} is a valid date and initialize
4153         Date(int yy, Month mm, char dd);
4155         int day() const;
4156         Month month() const;
4157         // ...
4158     private:
4159         // ... some representation ...
4160     };
4162 For example, we can now change the representation of a `Date` without affecting its users (recompilation is likely, though).
4164 ##### Note
4166 Using a class in this way to represent the distinction between interface and implementation is of course not the only way.
4167 For example, we can use a set of declarations of freestanding functions in a namespace, an abstract base class, or a function template with concepts to represent an interface.
4168 The most important issue is to explicitly distinguish between an interface and its implementation "details."
4169 Ideally, and typically, an interface is far more stable than its implementation(s).
4171 ##### Enforcement
4175 ### <a name="Rc-member"></a>C.4: Make a function a member only if it needs direct access to the representation of a class
4177 ##### Reason
4179 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.
4181 ##### Example
4183     class Date {
4184         // ... relatively small interface ...
4185     };
4187     // helper functions:
4188     Date next_weekday(Date);
4189     bool operator==(Date, Date);
4191 The "helper functions" have no need for direct access to the representation of a `Date`.
4193 ##### Note
4195 This rule becomes even better if C++ gets ["uniform function call"](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0251r0.pdf).
4197 ##### Exception
4199 The language requires `virtual` functions to be members, and not all `virtual` functions directly access data.
4200 In particular, members of an abstract class rarely do.
4202 Note [multi-methods](https://parasol.tamu.edu/~yuriys/papers/OMM10.pdf).
4204 ##### Exception
4206 The language requires operators `=`, `()`, `[]`, and `->` to be members.
4208 ##### Exception
4210 An overload set could have some members that do not directly access `private` data:
4212     class Foobar {
4213     public:
4214         void foo(long x) { /* manipulate private data */ }
4215         void foo(double x) { foo(std::lround(x)); }
4216         // ...
4217     private:
4218         // ...
4219     };
4221 ##### Exception
4223 Similarly, a set of functions could be designed to be used in a chain:
4225     x.scale(0.5).rotate(45).set_color(Color::red);
4227 Typically, some but not all of such functions directly access `private` data.
4229 ##### Enforcement
4231 * Look for non-`virtual` member functions that do not touch data members directly.
4232 The snag is that many member functions that do not need to touch data members directly do.
4233 * Ignore `virtual` functions.
4234 * Ignore functions that are part of an overload set out of which at least one function accesses `private` members.
4235 * Ignore functions returning `this`.
4237 ### <a name="Rc-helper"></a>C.5: Place helper functions in the same namespace as the class they support
4239 ##### Reason
4241 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.
4242 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.
4244 ##### Example
4246     namespace Chrono { // here we keep time-related services
4248         class Time { /* ... */ };
4249         class Date { /* ... */ };
4251         // helper functions:
4252         bool operator==(Date, Date);
4253         Date next_weekday(Date);
4254         // ...
4255     }
4257 ##### Note
4259 This is especially important for [overloaded operators](#Ro-namespace).
4261 ##### Enforcement
4263 * Flag global functions taking argument types from a single namespace.
4265 ### <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
4267 ##### Reason
4269 Mixing a type definition and the definition of another entity in the same declaration is confusing and unnecessary.
4271 ##### Example, bad
4273     struct Data { /*...*/ } data{ /*...*/ };
4275 ##### Example, good
4277     struct Data { /*...*/ };
4278     Data data{ /*...*/ };
4280 ##### Enforcement
4282 * Flag if the `}` of a class or enumeration definition is not followed by a `;`. The `;` is missing.
4284 ### <a name="Rc-class"></a>C.8: Use `class` rather than `struct` if any member is non-public
4286 ##### Reason
4288 Readability.
4289 To make it clear that something is being hidden/abstracted.
4290 This is a useful convention.
4292 ##### Example, bad
4294     struct Date {
4295         int d, m;
4297         Date(int i, Month m);
4298         // ... lots of functions ...
4299     private:
4300         int y;  // year
4301     };
4303 There is nothing wrong with this code as far as the C++ language rules are concerned,
4304 but nearly everything is wrong from a design perspective.
4305 The private data is hidden far from the public data.
4306 The data is split in different parts of the class declaration.
4307 Different parts of the data have different access.
4308 All of this decreases readability and complicates maintenance.
4310 ##### Note
4312 Prefer to place the interface first in a class, [see NL.16](#Rl-order).
4314 ##### Enforcement
4316 Flag classes declared with `struct` if there is a `private` or `protected` member.
4318 ### <a name="Rc-private"></a>C.9: Minimize exposure of members
4320 ##### Reason
4322 Encapsulation.
4323 Information hiding.
4324 Minimize the chance of unintended access.
4325 This simplifies maintenance.
4327 ##### Example
4329     template<typename T, typename U>
4330     struct pair {
4331         T a;
4332         U b;
4333         // ...
4334     };
4336 Whatever we do in the `//`-part, an arbitrary user of a `pair` can arbitrarily and independently change its `a` and `b`.
4337 In a large code base, we cannot easily find which code does what to the members of `pair`.
4338 This might be exactly what we want, but if we want to enforce a relation among members, we need to make them `private`
4339 and enforce that relation (invariant) through constructors and member functions.
4340 For example:
4342     class Distance {
4343     public:
4344         // ...
4345         double meters() const { return magnitude*unit; }
4346         void set_unit(double u)
4347         {
4348                 // ... check that u is a factor of 10 ...
4349                 // ... change magnitude appropriately ...
4350                 unit = u;
4351         }
4352         // ...
4353     private:
4354         double magnitude;
4355         double unit;    // 1 is meters, 1000 is kilometers, 0.001 is millimeters, etc.
4356     };
4358 ##### Note
4360 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.
4361 For `public` and `protected` data, that's usually the case.
4363 ##### Example
4365 A class can provide two interfaces to its users.
4366 One for derived classes (`protected`) and one for general users (`public`).
4367 For example, a derived class might be allowed to skip a run-time check because it has already guaranteed correctness:
4369     class Foo {
4370     public:
4371         int bar(int x) { check(x); return do_bar(x); }
4372         // ...
4373     protected:
4374         int do_bar(int x); // do some operation on the data
4375         // ...
4376     private:
4377         // ... data ...
4378     };
4380     class Dir : public Foo {
4381         //...
4382         int mem(int x, int y)
4383         {
4384             /* ... do something ... */
4385             return do_bar(x + y); // OK: derived class can bypass check
4386         }
4387     };
4389     void user(Foo& x)
4390     {
4391         int r1 = x.bar(1);      // OK, will check
4392         int r2 = x.do_bar(2);   // error: would bypass check
4393         // ...
4394     }
4396 ##### Note
4398 [`protected` data is a bad idea](#Rh-protected).
4400 ##### Note
4402 Prefer the order `public` members before `protected` members before `private` members [see](#Rl-order).
4404 ##### Enforcement
4406 * [Flag protected data](#Rh-protected).
4407 * Flag mixtures of `public` and private `data`
4409 ## <a name="SS-concrete"></a>C.concrete: Concrete types
4411 One ideal for a class is to be a regular type.
4412 That means roughly "behaves like an `int`." A concrete type is the simplest kind of class.
4413 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.
4414 If a concrete type has both `=` and `==`, `a = b` should result in `a == b` being `true`.
4415 Concrete classes without assignment and equality can be defined, but they are (and should be) rare.
4416 The C++ built-in types are regular, and so are standard-library classes, such as `string`, `vector`, and `map`.
4417 Concrete types are also often referred to as value types to distinguish them from types used as part of a hierarchy.
4419 Concrete type rule summary:
4421 * [C.10: Prefer concrete types over class hierarchies](#Rc-concrete)
4422 * [C.11: Make concrete types regular](#Rc-regular)
4424 ### <a name="Rc-concrete"></a>C.10: Prefer concrete types over class hierarchies
4426 ##### Reason
4428 A concrete type is fundamentally simpler than a hierarchy:
4429 easier to design, easier to implement, easier to use, easier to reason about, smaller, and faster.
4430 You need a reason (use cases) for using a hierarchy.
4432 ##### Example
4434     class Point1 {
4435         int x, y;
4436         // ... operations ...
4437         // ... no virtual functions ...
4438     };
4440     class Point2 {
4441         int x, y;
4442         // ... operations, some virtual ...
4443         virtual ~Point2();
4444     };
4446     void use()
4447     {
4448         Point1 p11 {1, 2};   // make an object on the stack
4449         Point1 p12 {p11};    // a copy
4451         auto p21 = make_unique<Point2>(1, 2);   // make an object on the free store
4452         auto p22 = p21->clone();                // make a copy
4453         // ...
4454     }
4456 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.
4457 That implies more memory overhead, more allocations and deallocations, and more run-time overhead to perform the resulting indirections.
4459 ##### Note
4461 Concrete types can be stack-allocated and be members of other classes.
4463 ##### Note
4465 The use of indirection is fundamental for run-time polymorphic interfaces.
4466 The allocation/deallocation overhead is not (that's just the most common case).
4467 We can use a base class as the interface of a scoped object of a derived class.
4468 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.
4471 ##### Enforcement
4475 ### <a name="Rc-regular"></a>C.11: Make concrete types regular
4477 ##### Reason
4479 Regular types are easier to understand and reason about than types that are not regular (irregularities requires extra effort to understand and use).
4481 ##### Example
4483     struct Bundle {
4484         string name;
4485         vector<Record> vr;
4486     };
4488     bool operator==(const Bundle& a, const Bundle& b)
4489     {
4490         return a.name == b.name && a.vr == b.vr;
4491     }
4493     Bundle b1 { "my bundle", {r1, r2, r3}};
4494     Bundle b2 = b1;
4495     if (!(b1 == b2)) error("impossible!");
4496     b2.name = "the other bundle";
4497     if (b1 == b2) error("No!");
4499 In particular, if a concrete type has an assignment also give it an equals operator so that `a = b` implies `a == b`.
4501 ##### Note
4503 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.
4504 However, objects of such types typically cannot be copied (instead, they can usually be moved),
4505 so they can't be `regular`; instead, they tend to be `semiregular`.
4506 Often, such types are referred to as "move-only types".
4508 ##### Enforcement
4512 ## <a name="S-ctor"></a>C.ctor: Constructors, assignments, and destructors
4514 These functions control the lifecycle of objects: creation, copy, move, and destruction.
4515 Define constructors to guarantee and simplify initialization of classes.
4517 These are *default operations*:
4519 * a default constructor: `X()`
4520 * a copy constructor: `X(const X&)`
4521 * a copy assignment: `operator=(const X&)`
4522 * a move constructor: `X(X&&)`
4523 * a move assignment: `operator=(X&&)`
4524 * a destructor: `~X()`
4526 By default, the compiler defines each of these operations if it is used, but the default can be suppressed.
4528 The default operations are a set of related operations that together implement the lifecycle semantics of an object.
4529 By default, C++ treats classes as value-like types, but not all types are value-like.
4531 Set of default operations rules:
4533 * [C.20: If you can avoid defining any default operations, do](#Rc-zero)
4534 * [C.21: If you define or `=delete` any copy, move, or destructor function, define or `=delete` them all](#Rc-five)
4535 * [C.22: Make default operations consistent](#Rc-matched)
4537 Destructor rules:
4539 * [C.30: Define a destructor if a class needs an explicit action at object destruction](#Rc-dtor)
4540 * [C.31: All resources acquired by a class must be released by the class's destructor](#Rc-dtor-release)
4541 * [C.32: If a class has a raw pointer (`T*`) or reference (`T&`), consider whether it might be owning](#Rc-dtor-ptr)
4542 * [C.33: If a class has an owning pointer member, define a destructor](#Rc-dtor-ptr2)
4543 * [C.35: A base class destructor should be either public and virtual, or protected and non-virtual](#Rc-dtor-virtual)
4544 * [C.36: A destructor must not fail](#Rc-dtor-fail)
4545 * [C.37: Make destructors `noexcept`](#Rc-dtor-noexcept)
4547 Constructor rules:
4549 * [C.40: Define a constructor if a class has an invariant](#Rc-ctor)
4550 * [C.41: A constructor should create a fully initialized object](#Rc-complete)
4551 * [C.42: If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception](#Rc-throw)
4552 * [C.43: Ensure that a copyable (value type) class has a default constructor](#Rc-default0)
4553 * [C.44: Prefer default constructors to be simple and non-throwing](#Rc-default00)
4554 * [C.45: Don't define a default constructor that only initializes data members; use member initializers instead](#Rc-default)
4555 * [C.46: By default, declare single-argument constructors `explicit`](#Rc-explicit)
4556 * [C.47: Define and initialize member variables in the order of member declaration](#Rc-order)
4557 * [C.48: Prefer in-class initializers to member initializers in constructors for constant initializers](#Rc-in-class-initializer)
4558 * [C.49: Prefer initialization to assignment in constructors](#Rc-initialize)
4559 * [C.50: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization](#Rc-factory)
4560 * [C.51: Use delegating constructors to represent common actions for all constructors of a class](#Rc-delegating)
4561 * [C.52: Use inheriting constructors to import constructors into a derived class that does not need further explicit initialization](#Rc-inheriting)
4563 Copy and move rules:
4565 * [C.60: Make copy assignment non-`virtual`, take the parameter by `const&`, and return by non-`const&`](#Rc-copy-assignment)
4566 * [C.61: A copy operation should copy](#Rc-copy-semantic)
4567 * [C.62: Make copy assignment safe for self-assignment](#Rc-copy-self)
4568 * [C.63: Make move assignment non-`virtual`, take the parameter by `&&`, and return by non-`const&`](#Rc-move-assignment)
4569 * [C.64: A move operation should move and leave its source in a valid state](#Rc-move-semantic)
4570 * [C.65: Make move assignment safe for self-assignment](#Rc-move-self)
4571 * [C.66: Make move operations `noexcept`](#Rc-move-noexcept)
4572 * [C.67: A polymorphic class should suppress copying](#Rc-copy-virtual)
4574 Other default operations rules:
4576 * [C.80: Use `=default` if you have to be explicit about using the default semantics](#Rc-eqdefault)
4577 * [C.81: Use `=delete` when you want to disable default behavior (without wanting an alternative)](#Rc-delete)
4578 * [C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors](#Rc-ctor-virtual)
4579 * [C.83: For value-like types, consider providing a `noexcept` swap function](#Rc-swap)
4580 * [C.84: A `swap` must not fail](#Rc-swap-fail)
4581 * [C.85: Make `swap` `noexcept`](#Rc-swap-noexcept)
4582 * [C.86: Make `==` symmetric with respect of operand types and `noexcept`](#Rc-eq)
4583 * [C.87: Beware of `==` on base classes](#Rc-eq-base)
4584 * [C.89: Make a `hash` `noexcept`](#Rc-hash)
4585 * [C.90: Rely on constructors and assignment operators, not memset and memcpy](#Rc-memset)
4587 ## <a name="SS-defop"></a>C.defop: Default Operations
4589 By default, the language supplies the default operations with their default semantics.
4590 However, a programmer can disable or replace these defaults.
4592 ### <a name="Rc-zero"></a>C.20: If you can avoid defining default operations, do
4594 ##### Reason
4596 It's the simplest and gives the cleanest semantics.
4598 ##### Example
4600     struct Named_map {
4601     public:
4602         // ... no default operations declared ...
4603     private:
4604         string name;
4605         map<int, int> rep;
4606     };
4608     Named_map nm;        // default construct
4609     Named_map nm2 {nm};  // copy construct
4611 Since `std::map` and `string` have all the special functions, no further work is needed.
4613 ##### Note
4615 This is known as "the rule of zero".
4617 ##### Enforcement
4619 (Not enforceable) While not enforceable, a good static analyzer can detect patterns that indicate a possible improvement to meet this rule.
4620 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`.
4622 ### <a name="Rc-five"></a>C.21: If you define or `=delete` any copy, move, or destructor function, define or `=delete` them all
4624 ##### Reason
4626 The semantics of copy, move, and destruction are closely related, so if one needs to be declared, the odds are that others need consideration too.
4628 Declaring any copy/move/destructor function,
4629 even as `=default` or `=delete`, will suppress the implicit declaration
4630 of a move constructor and move assignment operator.
4631 Declaring a move constructor or move assignment operator, even as
4632 `=default` or `=delete`, will cause an implicitly generated copy constructor
4633 or implicitly generated copy assignment operator to be defined as deleted.
4634 So as soon as any of these are declared, the others should
4635 all be declared to avoid unwanted effects like turning all potential moves
4636 into more expensive copies, or making a class move-only.
4638 ##### Example, bad
4640     struct M2 {   // bad: incomplete set of copy/move/destructor operations
4641     public:
4642         // ...
4643         // ... no copy or move operations ...
4644         ~M2() { delete[] rep; }
4645     private:
4646         pair<int, int>* rep;  // zero-terminated set of pairs
4647     };
4649     void use()
4650     {
4651         M2 x;
4652         M2 y;
4653         // ...
4654         x = y;   // the default assignment
4655         // ...
4656     }
4658 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).
4660 ##### Note
4662 This is known as "the rule of five."
4664 ##### Note
4666 If you want a default implementation (while defining another), write `=default` to show you're doing so intentionally for that function.
4667 If you don't want a generated default function, suppress it with `=delete`.
4669 ##### Example, good
4671 When a destructor needs to be declared just to make it `virtual`, it can be
4672 defined as defaulted.
4674     class AbstractBase {
4675     public:
4676         virtual ~AbstractBase() = default;
4677         // ...
4678     };
4680 To prevent slicing as per [C.67](#Rc-copy-virtual),
4681 `=delete` the copy and move operations and add a `clone`:
4683     class ClonableBase {
4684     public:
4685         virtual unique_ptr<ClonableBase> clone() const;
4686         virtual ~ClonableBase() = default;
4687         ClonableBase(const ClonableBase&) = delete;
4688         ClonableBase& operator=(const ClonableBase&) = delete;
4689         ClonableBase(ClonableBase&&) = delete;
4690         ClonableBase& operator=(ClonableBase&&) = delete;
4691         // ... other constructors and functions ...
4692     };
4694 Defining only the move operations or only the copy operations would have the
4695 same effect here, but stating the intent explicitly for each special member
4696 makes it more obvious to the reader.
4698 ##### Note
4700 Compilers enforce much of this rule and ideally warn about any violation.
4702 ##### Note
4704 Relying on an implicitly generated copy operation in a class with a destructor is deprecated.
4706 ##### Note
4708 Writing these functions can be error prone.
4709 Note their argument types:
4711     class X {
4712     public:
4713         // ...
4714         virtual ~X() = default;            // destructor (virtual if X is meant to be a base class)
4715         X(const X&) = default;             // copy constructor
4716         X& operator=(const X&) = default;  // copy assignment
4717         X(X&&) = default;                  // move constructor
4718         X& operator=(X&&) = default;       // move assignment
4719     };
4721 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.
4722 To avoid the tedium and the possibility of errors, try to follow the [rule of zero](#Rc-zero).
4724 ##### Enforcement
4726 (Simple) A class should have a declaration (even a `=delete` one) for either all or none of the copy/move/destructor functions.
4728 ### <a name="Rc-matched"></a>C.22: Make default operations consistent
4730 ##### Reason
4732 The default operations are conceptually a matched set. Their semantics are interrelated.
4733 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.
4735 ##### Example, bad
4737     class Silly {   // BAD: Inconsistent copy operations
4738         class Impl {
4739             // ...
4740         };
4741         shared_ptr<Impl> p;
4742     public:
4743         Silly(const Silly& a) : p(make_shared<Impl>()) { *p = *a.p; }   // deep copy
4744         Silly& operator=(const Silly& a) { p = a.p; }   // shallow copy
4745         // ...
4746     };
4748 These operations disagree about copy semantics. This will lead to confusion and bugs.
4750 ##### Enforcement
4752 * (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.
4753 * (Complex) Any member variables written in a copy/move constructor should also be initialized by all other constructors.
4754 * (Complex) If a copy/move constructor performs a deep copy of a member variable, then the destructor should modify the member variable.
4755 * (Complex) If a destructor is modifying a member variable, that member variable should be written in any copy/move constructors or assignment operators.
4757 ## <a name="SS-dtor"></a>C.dtor: Destructors
4759 "Does this class need a destructor?" is a surprisingly insightful design question.
4760 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);
4761 that is, its members can take care of themselves as concerns destruction.
4762 If the answer is "yes", much of the design of the class follows (see [the rule of five](#Rc-five)).
4764 ### <a name="Rc-dtor"></a>C.30: Define a destructor if a class needs an explicit action at object destruction
4766 ##### Reason
4768 A destructor is implicitly invoked at the end of an object's lifetime.
4769 If the default destructor is sufficient, use it.
4770 Only define a non-default destructor if a class needs to execute code that is not already part of its members' destructors.
4772 ##### Example
4774     template<typename A>
4775     struct final_action {   // slightly simplified
4776         A act;
4777         final_action(A a) : act{a} {}
4778         ~final_action() { act(); }
4779     };
4781     template<typename A>
4782     final_action<A> finally(A act)   // deduce action type
4783     {
4784         return final_action<A>{act};
4785     }
4787     void test()
4788     {
4789         auto act = finally([] { cout << "Exit test\n"; });  // establish exit action
4790         // ...
4791         if (something) return;   // act done here
4792         // ...
4793     } // act done here
4795 The whole purpose of `final_action` is to get a piece of code (usually a lambda) executed upon destruction.
4797 ##### Note
4799 There are two general categories of classes that need a user-defined destructor:
4801 * A class with a resource that is not already represented as a class with a destructor, e.g., a `vector` or a transaction class.
4802 * A class that exists primarily to execute an action upon destruction, such as a tracer or `final_action`.
4804 ##### Example, bad
4806     class Foo {   // bad; use the default destructor
4807     public:
4808         // ...
4809         ~Foo() { s = ""; i = 0; vi.clear(); }  // clean up
4810     private:
4811         string s;
4812         int i;
4813         vector<int> vi;
4814     };
4816 The default destructor does it better, more efficiently, and can't get it wrong.
4818 ##### Note
4820 If the default destructor is needed, but its generation has been suppressed (e.g., by defining a move constructor), use `=default`.
4822 ##### Enforcement
4824 Look for likely "implicit resources", such as pointers and references. Look for classes with destructors even though all their data members have destructors.
4826 ### <a name="Rc-dtor-release"></a>C.31: All resources acquired by a class must be released by the class's destructor
4828 ##### Reason
4830 Prevention of resource leaks, especially in error cases.
4832 ##### Note
4834 For resources represented as classes with a complete set of default operations, this happens automatically.
4836 ##### Example
4838     class X {
4839         ifstream f;   // might own a file
4840         // ... no default operations defined or =deleted ...
4841     };
4843 `X`'s `ifstream` implicitly closes any file it might have open upon destruction of its `X`.
4845 ##### Example, bad
4847     class X2 {     // bad
4848         FILE* f;   // might own a file
4849         // ... no default operations defined or =deleted ...
4850     };
4852 `X2` might leak a file handle.
4854 ##### Note
4856 What about a sockets that won't close? A destructor, close, or cleanup operation [should never fail](#Rc-dtor-fail).
4857 If it does nevertheless, we have a problem that has no really good solution.
4858 For starters, the writer of a destructor does not know why the destructor is called and cannot "refuse to act" by throwing an exception.
4859 See [discussion](#Sd-never-fail).
4860 To make the problem worse, many "close/release" operations are not retryable.
4861 Many have tried to solve this problem, but no general solution is known.
4862 If at all possible, consider failure to close/cleanup a fundamental design error and terminate.
4864 ##### Note
4866 A class can hold pointers and references to objects that it does not own.
4867 Obviously, such objects should not be `delete`d by the class's destructor.
4868 For example:
4870     Preprocessor pp { /* ... */ };
4871     Parser p { pp, /* ... */ };
4872     Type_checker tc { p, /* ... */ };
4874 Here `p` refers to `pp` but does not own it.
4876 ##### Enforcement
4878 * (Simple) If a class has pointer or reference member variables that are owners
4879   (e.g., deemed owners by using `gsl::owner`), then they should be referenced in its destructor.
4880 * (Hard) Determine if pointer or reference member variables are owners when there is no explicit statement of ownership
4881   (e.g., look into the constructors).
4883 ### <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
4885 ##### Reason
4887 There is a lot of code that is non-specific about ownership.
4889 ##### Example
4891     ???
4893 ##### Note
4895 If the `T*` or `T&` is owning, mark it `owning`. If the `T*` is not owning, consider marking it `ptr`.
4896 This will aid documentation and analysis.
4898 ##### Enforcement
4900 Look at the initialization of raw member pointers and member references and see if an allocation is used.
4902 ### <a name="Rc-dtor-ptr2"></a>C.33: If a class has an owning pointer member, define a destructor
4904 ##### Reason
4906 An owned object must be `deleted` upon destruction of the object that owns it.
4908 ##### Example
4910 A pointer member could represent a resource.
4911 [A `T*` should not do so](#Rr-ptr), but in older code, that's common.
4912 Consider a `T*` a possible owner and therefore suspect.
4914     template<typename T>
4915     class Smart_ptr {
4916         T* p;   // BAD: vague about ownership of *p
4917         // ...
4918     public:
4919         // ... no user-defined default operations ...
4920     };
4922     void use(Smart_ptr<int> p1)
4923     {
4924         // error: p2.p leaked (if not nullptr and not owned by some other code)
4925         auto p2 = p1;
4926     }
4928 Note that if you define a destructor, you must define or delete [all default operations](#Rc-five):
4930     template<typename T>
4931     class Smart_ptr2 {
4932         T* p;   // BAD: vague about ownership of *p
4933         // ...
4934     public:
4935         // ... no user-defined copy operations ...
4936         ~Smart_ptr2() { delete p; }  // p is an owner!
4937     };
4939     void use(Smart_ptr2<int> p1)
4940     {
4941         auto p2 = p1;   // error: double deletion
4942     }
4944 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:
4946     template<typename T>
4947     class Smart_ptr3 {
4948         owner<T*> p;   // OK: explicit about ownership of *p
4949         // ...
4950     public:
4951         // ...
4952         // ... copy and move operations ...
4953         ~Smart_ptr3() { delete p; }
4954     };
4956     void use(Smart_ptr3<int> p1)
4957     {
4958         auto p2 = p1;   // OK: no double deletion
4959     }
4961 ##### Note
4963 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.
4965 ##### Note
4967 Why not just require all owning pointers to be "smart pointers"?
4968 That would sometimes require non-trivial code changes and might affect ABIs.
4970 ##### Enforcement
4972 * A class with a pointer data member is suspect.
4973 * A class with an `owner<T>` should define its default operations.
4976 ### <a name="Rc-dtor-virtual"></a>C.35: A base class destructor should be either public and virtual, or protected and non-virtual
4978 ##### Reason
4980 To prevent undefined behavior.
4981 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.
4982 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.
4983 In general, the writer of a base class does not know the appropriate action to be done upon destruction.
4985 ##### Discussion
4987 See [this in the Discussion section](#Sd-dtor).
4989 ##### Example, bad
4991     struct Base {  // BAD: implicitly has a public non-virtual destructor
4992         virtual void f();
4993     };
4995     struct D : Base {
4996         string s {"a resource needing cleanup"};
4997         ~D() { /* ... do some cleanup ... */ }
4998         // ...
4999     };
5001     void use()
5002     {
5003         unique_ptr<Base> p = make_unique<D>();
5004         // ...
5005     } // p's destruction calls ~Base(), not ~D(), which leaks D::s and possibly more
5007 ##### Note
5009 A virtual function defines an interface to derived classes that can be used without looking at the derived classes.
5010 If the interface allows destroying, it should be safe to do so.
5012 ##### Note
5014 A destructor must be non-private or it will prevent using the type:
5016     class X {
5017         ~X();   // private destructor
5018         // ...
5019     };
5021     void use()
5022     {
5023         X a;                        // error: cannot destroy
5024         auto p = make_unique<X>();  // error: cannot destroy
5025     }
5027 ##### Exception
5029 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.
5032 ##### Enforcement
5034 * A class with any virtual functions should have a destructor that is either public and virtual or else protected and non-virtual.
5036 ### <a name="Rc-dtor-fail"></a>C.36: A destructor must not fail
5038 ##### Reason
5040 In general we do not know how to write error-free code if a destructor should fail.
5041 The standard library requires that all classes it deals with have destructors that do not exit by throwing.
5043 ##### Example
5045     class X {
5046     public:
5047         ~X() noexcept;
5048         // ...
5049     };
5051     X::~X() noexcept
5052     {
5053         // ...
5054         if (cannot_release_a_resource) terminate();
5055         // ...
5056     }
5058 ##### Note
5060 Many have tried to devise a fool-proof scheme for dealing with failure in destructors.
5061 None have succeeded to come up with a general scheme.
5062 This can be a real practical problem: For example, what about a socket that won't close?
5063 The writer of a destructor does not know why the destructor is called and cannot "refuse to act" by throwing an exception.
5064 See [discussion](#Sd-never-fail).
5065 To make the problem worse, many "close/release" operations are not retryable.
5066 If at all possible, consider failure to close/cleanup a fundamental design error and terminate.
5068 ##### Note
5070 Declare a destructor `noexcept`. That will ensure that it either completes normally or terminates the program.
5072 ##### Note
5074 If a resource cannot be released and the program must not fail, try to signal the failure to the rest of the system somehow
5075 (maybe even by modifying some global state and hope something will notice and be able to take care of the problem).
5076 Be fully aware that this technique is special-purpose and error-prone.
5077 Consider the "my connection will not close" example.
5078 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.
5079 The destructor could send a message (somehow) to the responsible part of the system, consider that to have closed the connection, and return normally.
5081 ##### Note
5083 If a destructor uses operations that could fail, it can catch exceptions and in some cases still complete successfully
5084 (e.g., by using a different clean-up mechanism from the one that threw an exception).
5086 ##### Enforcement
5088 (Simple) A destructor should be declared `noexcept` if it could throw.
5090 ### <a name="Rc-dtor-noexcept"></a>C.37: Make destructors `noexcept`
5092 ##### Reason
5094  [A destructor must 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.
5096 ##### Note
5098 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.
5100 ##### Example
5102 Not all destructors are noexcept by default; one throwing member poisons the whole class hierarchy
5104     struct X {
5105         Details x;  // happens to have a throwing destructor
5106         // ...
5107         ~X() { }    // implicitly noexcept(false); aka can throw
5108     };
5110 So, if in doubt, declare a destructor noexcept.
5112 ##### Note
5114 Why not then declare all destructors noexcept?
5115 Because that would in many cases -- especially simple cases -- be distracting clutter.
5117 ##### Enforcement
5119 (Simple) A destructor should be declared `noexcept` if it could throw.
5121 ## <a name="SS-ctor"></a>C.ctor: Constructors
5123 A constructor defines how an object is initialized (constructed).
5125 ### <a name="Rc-ctor"></a>C.40: Define a constructor if a class has an invariant
5127 ##### Reason
5129 That's what constructors are for.
5131 ##### Example
5133     class Date {  // a Date represents a valid date
5134                   // in the January 1, 1900 to December 31, 2100 range
5135         Date(int dd, int mm, int yy)
5136             :d{dd}, m{mm}, y{yy}
5137         {
5138             if (!is_valid(d, m, y)) throw Bad_date{};  // enforce invariant
5139         }
5140         // ...
5141     private:
5142         int d, m, y;
5143     };
5145 It is often a good idea to express the invariant as an `Ensures` on the constructor.
5147 ##### Note
5149 A constructor can be used for convenience even if a class does not have an invariant. For example:
5151     struct Rec {
5152         string s;
5153         int i {0};
5154         Rec(const string& ss) : s{ss} {}
5155         Rec(int ii) :i{ii} {}
5156     };
5158     Rec r1 {7};
5159     Rec r2 {"Foo bar"};
5161 ##### Note
5163 The C++11 initializer list rule eliminates the need for many constructors. For example:
5165     struct Rec2{
5166         string s;
5167         int i;
5168         Rec2(const string& ss, int ii = 0) :s{ss}, i{ii} {}   // redundant
5169     };
5171     Rec2 r1 {"Foo", 7};
5172     Rec2 r2 {"Bar"};
5174 The `Rec2` constructor is redundant.
5175 Also, the default for `int` would be better done as a [member initializer](#Rc-in-class-initializer).
5177 **See also**: [construct valid object](#Rc-complete) and [constructor throws](#Rc-throw).
5179 ##### Enforcement
5181 * Flag classes with user-defined copy operations but no constructor (a user-defined copy is a good indicator that the class has an invariant)
5183 ### <a name="Rc-complete"></a>C.41: A constructor should create a fully initialized object
5185 ##### Reason
5187 A constructor establishes the invariant for a class. A user of a class should be able to assume that a constructed object is usable.
5189 ##### Example, bad
5191     class X1 {
5192         FILE* f;   // call init() before any other function
5193         // ...
5194     public:
5195         X1() {}
5196         void init();   // initialize f
5197         void read();   // read from f
5198         // ...
5199     };
5201     void f()
5202     {
5203         X1 file;
5204         file.read();   // crash or bad read!
5205         // ...
5206         file.init();   // too late
5207         // ...
5208     }
5210 Compilers do not read comments.
5212 ##### Exception
5214 If a valid object cannot conveniently be constructed by a constructor, [use a factory function](#Rc-factory).
5216 ##### Enforcement
5218 * (Simple) Every constructor should initialize every member variable (either explicitly, via a delegating ctor call or via default construction).
5219 * (Unknown) If a constructor has an `Ensures` contract, try to see if it holds as a postcondition.
5221 ##### Note
5223 If a constructor acquires a resource (to create a valid object), that resource should be [released by the destructor](#Rc-dtor-release).
5224 The idiom of having constructors acquire resources and destructors release them is called [RAII](#Rr-raii) ("Resource Acquisition Is Initialization").
5226 ### <a name="Rc-throw"></a>C.42: If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception
5228 ##### Reason
5230 Leaving behind an invalid object is asking for trouble.
5232 ##### Example
5234     class X2 {
5235         FILE* f;
5236         // ...
5237     public:
5238         X2(const string& name)
5239             :f{fopen(name.c_str(), "r")}
5240         {
5241             if (!f) throw runtime_error{"could not open" + name};
5242             // ...
5243         }
5245         void read();      // read from f
5246         // ...
5247     };
5249     void f()
5250     {
5251         X2 file {"Zeno"}; // throws if file isn't open
5252         file.read();      // fine
5253         // ...
5254     }
5256 ##### Example, bad
5258     class X3 {     // bad: the constructor leaves a non-valid object behind
5259         FILE* f;   // call is_valid() before any other function
5260         bool valid;
5261         // ...
5262     public:
5263         X3(const string& name)
5264             :f{fopen(name.c_str(), "r")}, valid{false}
5265         {
5266             if (f) valid = true;
5267             // ...
5268         }
5270         bool is_valid() { return valid; }
5271         void read();   // read from f
5272         // ...
5273     };
5275     void f()
5276     {
5277         X3 file {"Heraclides"};
5278         file.read();   // crash or bad read!
5279         // ...
5280         if (file.is_valid()) {
5281             file.read();
5282             // ...
5283         }
5284         else {
5285             // ... handle error ...
5286         }
5287         // ...
5288     }
5290 ##### Note
5292 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.
5293 Leaving behind an invalid object and relying on users to consistently check an `is_valid()` function before use is tedious, error-prone, and inefficient.
5295 ##### Exception
5297 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.
5298 There the `is_valid()` technique must be used. In such cases, check `is_valid()` consistently and immediately to simulate [RAII](#Rr-raii).
5300 ##### Alternative
5302 If you feel tempted to use some "post-constructor initialization" or "two-stage initialization" idiom, try not to do that.
5303 If you really have to, look at [factory functions](#Rc-factory).
5305 ##### Note
5307 One reason people have used `init()` functions rather than doing the initialization work in a constructor has been to avoid code replication.
5308 [Delegating constructors](#Rc-delegating) and [default member initialization](#Rc-in-class-initializer) do that better.
5309 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)
5311 ##### Enforcement
5315 ### <a name="Rc-default0"></a>C.43: Ensure that a copyable (value type) class has a default constructor
5317 ##### Reason
5319 Many language and library facilities rely on default constructors to initialize their elements, e.g. `T a[10]` and `std::vector<T> v(10)`.
5320 A default constructor often simplifies the task of defining a suitable [moved-from state](#???) for a type that is also copyable.
5322 ##### Note
5324 A [value type](#SS-concrete) is a class that is copyable (and usually also comparable).
5325 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).
5327 ##### Example
5329     class Date { // BAD: no default constructor
5330     public:
5331         Date(int dd, int mm, int yyyy);
5332         // ...
5333     };
5335     vector<Date> vd1(1000);   // default Date needed here
5336     vector<Date> vd2(1000, Date{Month::October, 7, 1885});   // alternative
5338 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.
5339 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.
5341 `Date` is chosen to encourage thought:
5342 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.
5343 `{0, 0, 0}` is not a valid date in most calendar systems, so choosing that would be introducing something like floating-point's `NaN`.
5344 However, most realistic `Date` classes have a "first date" (e.g. January 1, 1970 is popular), so making that the default is usually trivial.
5346     class Date {
5347     public:
5348         Date(int dd, int mm, int yyyy);
5349         Date() = default; // [See also](#Rc-default)
5350         // ...
5351     private:
5352         int dd = 1;
5353         int mm = 1;
5354         int yyyy = 1970;
5355         // ...
5356     };
5358     vector<Date> vd1(1000);
5360 ##### Note
5362 A class with members that all have default constructors implicitly gets a default constructor:
5364     struct X {
5365         string s;
5366         vector<int> v;
5367     };
5369     X x; // means X{{}, {}}; that is the empty string and the empty vector
5371 Beware that built-in types are not properly default constructed:
5373     struct X {
5374         string s;
5375         int i;
5376     };
5378     void f()
5379     {
5380         X x;    // x.s is initialized to the empty string; x.i is uninitialized
5382         cout << x.s << ' ' << x.i << '\n';
5383         ++x.i;
5384     }
5386 Statically allocated objects of built-in types are by default initialized to `0`, but local built-in variables are not.
5387 Beware that your compiler might default initialize local built-in variables, whereas an optimized build will not.
5388 Thus, code like the example above might appear to work, but it relies on undefined behavior.
5389 Assuming that you want initialization, an explicit default initialization can help:
5391     struct X {
5392         string s;
5393         int i {};   // default initialize (to 0)
5394     };
5396 ##### Notes
5398 Classes that don't have a reasonable default construction are usually not copyable either, so they don't fall under this guideline.
5400 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:
5402     // Shape is an abstract base class, not a copyable value type.
5403     // It might or might not need a default constructor.
5404     struct Shape {
5405         virtual void draw() = 0;
5406         virtual void rotate(int) = 0;
5407         // =delete copy/move functions
5408         // ...
5409     };
5411 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:
5413     // std::lock_guard is not a copyable value type.
5414     // It does not have a default constructor.
5415     lock_guard g {mx};  // guard the mutex mx
5416     lock_guard g2;      // error: guarding nothing
5418 A class that has a "special state" that must be handled separately from other states by member functions or users causes extra work
5419 (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:
5421     // std::ofstream is not a copyable value type.
5422     // It does happen to have a default constructor
5423     // that goes along with a special "not open" state.
5424     ofstream out {"Foobar"};
5425     // ...
5426     out << log(time, transaction);
5428 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.
5430 However, it is preferable to have a default constructor default to a meaningful state such as `std::string`s `""` and `std::vector`s `{}`.
5432 ##### Enforcement
5434 * Flag classes that are copyable by `=` without a default constructor
5435 * Flag classes that are comparable with `==` but not copyable
5438 ### <a name="Rc-default00"></a>C.44: Prefer default constructors to be simple and non-throwing
5440 ##### Reason
5442 Being able to set a value to "the default" without operations that might fail simplifies error handling and reasoning about move operations.
5444 ##### Example, problematic
5446     template<typename T>
5447     // elem points to space-elem element allocated using new
5448     class Vector0 {
5449     public:
5450         Vector0() :Vector0{0} {}
5451         Vector0(int n) :elem{new T[n]}, space{elem + n}, last{elem} {}
5452         // ...
5453     private:
5454         own<T*> elem;
5455         T* space;
5456         T* last;
5457     };
5459 This is nice and general, but setting a `Vector0` to empty after an error involves an allocation, which might fail.
5460 Also, having a default `Vector` represented as `{new T[0], 0, 0}` seems wasteful.
5461 For example, `Vector0<int> v[100]` costs 100 allocations.
5463 ##### Example
5465     template<typename T>
5466     // elem is nullptr or elem points to space-elem element allocated using new
5467     class Vector1 {
5468     public:
5469         // sets the representation to {nullptr, nullptr, nullptr}; doesn't throw
5470         Vector1() noexcept {}
5471         Vector1(int n) :elem{new T[n]}, space{elem + n}, last{elem} {}
5472         // ...
5473     private:
5474         own<T*> elem = nullptr;
5475         T* space = nullptr;
5476         T* last = nullptr;
5477     };
5479 Using `{nullptr, nullptr, nullptr}` makes `Vector1{}` cheap, but a special case and implies run-time checks.
5480 Setting a `Vector1` to empty after detecting an error is trivial.
5482 ##### Enforcement
5484 * Flag throwing default constructors
5486 ### <a name="Rc-default"></a>C.45: Don't define a default constructor that only initializes data members; use in-class member initializers instead
5488 ##### Reason
5490 Using in-class member initializers lets the compiler generate the function for you. The compiler-generated function can be more efficient.
5492 ##### Example, bad
5494     class X1 { // BAD: doesn't use member initializers
5495         string s;
5496         int i;
5497     public:
5498         X1() :s{"default"}, i{1} { }
5499         // ...
5500     };
5502 ##### Example
5504     class X2 {
5505         string s = "default";
5506         int i = 1;
5507     public:
5508         // use compiler-generated default constructor
5509         // ...
5510     };
5512 ##### Enforcement
5514 (Simple) A default constructor should do more than just initialize member variables with constants.
5516 ### <a name="Rc-explicit"></a>C.46: By default, declare single-argument constructors explicit
5518 ##### Reason
5520 To avoid unintended conversions.
5522 ##### Example, bad
5524     class String {
5525     public:
5526         String(int);   // BAD
5527         // ...
5528     };
5530     String s = 10;   // surprise: string of size 10
5532 ##### Exception
5534 If you really want an implicit conversion from the constructor argument type to the class type, don't use `explicit`:
5536     class Complex {
5537     public:
5538         Complex(double d);   // OK: we want a conversion from d to {d, 0}
5539         // ...
5540     };
5542     Complex z = 10.7;   // unsurprising conversion
5544 **See also**: [Discussion of implicit conversions](#Ro-conversion)
5546 ##### Note
5548 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.
5550 ##### Enforcement
5552 (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".
5554 ### <a name="Rc-order"></a>C.47: Define and initialize member variables in the order of member declaration
5556 ##### Reason
5558 To minimize confusion and errors. That is the order in which the initialization happens (independent of the order of member initializers).
5560 ##### Example, bad
5562     class Foo {
5563         int m1;
5564         int m2;
5565     public:
5566         Foo(int x) :m2{x}, m1{++x} { }   // BAD: misleading initializer order
5567         // ...
5568     };
5570     Foo x(1); // surprise: x.m1 == x.m2 == 2
5572 ##### Enforcement
5574 (Simple) A member initializer list should mention the members in the same order they are declared.
5576 **See also**: [Discussion](#Sd-order)
5578 ### <a name="Rc-in-class-initializer"></a>C.48: Prefer in-class initializers to member initializers in constructors for constant initializers
5580 ##### Reason
5582 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.
5584 ##### Example, bad
5586     class X {   // BAD
5587         int i;
5588         string s;
5589         int j;
5590     public:
5591         X() :i{666}, s{"qqq"} { }   // j is uninitialized
5592         X(int ii) :i{ii} {}         // s is "" and j is uninitialized
5593         // ...
5594     };
5596 How would a maintainer know whether `j` was deliberately uninitialized (probably a bad 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.
5598 ##### Example
5600     class X2 {
5601         int i {666};
5602         string s {"qqq"};
5603         int j {0};
5604     public:
5605         X2() = default;        // all members are initialized to their defaults
5606         X2(int ii) :i{ii} {}   // s and j initialized to their defaults
5607         // ...
5608     };
5610 **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:
5612     class X3 {   // BAD: inexplicit, argument passing overhead
5613         int i;
5614         string s;
5615         int j;
5616     public:
5617         X3(int ii = 666, const string& ss = "qqq", int jj = 0)
5618             :i{ii}, s{ss}, j{jj} { }   // all members are initialized to their defaults
5619         // ...
5620     };
5622 ##### Enforcement
5624 * (Simple) Every constructor should initialize every member variable (either explicitly, via a delegating ctor call or via default construction).
5625 * (Simple) Default arguments to constructors suggest an in-class initializer might be more appropriate.
5627 ### <a name="Rc-initialize"></a>C.49: Prefer initialization to assignment in constructors
5629 ##### Reason
5631 An initialization explicitly states that initialization, rather than assignment, is done and can be more elegant and efficient. Prevents "use before set" errors.
5633 ##### Example, good
5635     class A {   // Good
5636         string s1;
5637     public:
5638         A(czstring p) : s1{p} { }    // GOOD: directly construct (and the C-string is explicitly named)
5639         // ...
5640     };
5642 ##### Example, bad
5644     class B {   // BAD
5645         string s1;
5646     public:
5647         B(const char* p) { s1 = p; }   // BAD: default constructor followed by assignment
5648         // ...
5649     };
5651     class C {   // UGLY, aka very bad
5652         int* p;
5653     public:
5654         C() { cout << *p; p = new int{10}; }   // accidental use before initialized
5655         // ...
5656     };
5658 ##### Example, better still
5660 Instead of those `const char*`s we could use C++17 `std::string_view` or `gsl::span<char>`
5661 as [a more general way to present arguments to a function](#Rstr-view):
5663     class D {   // Good
5664         string s1;
5665     public:
5666         D(string_view v) : s1{v} { }    // GOOD: directly construct
5667         // ...
5668     };
5670 ### <a name="Rc-factory"></a>C.50: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization
5672 ##### Reason
5674 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.
5676 ##### Note
5678 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.
5680 ##### Example, bad
5682     class B {
5683     public:
5684         B()
5685         {
5686             /* ... */
5687             f(); // BAD: C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors
5688             /* ... */
5689         }
5691         virtual void f() = 0;
5692     };
5694 ##### Example
5696     class B {
5697     protected:
5698         class Token {};
5700     public:
5701         explicit B(Token) { /* ... */ }  // create an imperfectly initialized object
5702         virtual void f() = 0;
5704         template<class T>
5705         static shared_ptr<T> create()    // interface for creating shared objects
5706         {
5707             auto p = make_shared<T>(typename T::Token{});
5708             p->post_initialize();
5709             return p;
5710         }
5712     protected:
5713         virtual void post_initialize()   // called right after construction
5714             { /* ... */ f(); /* ... */ } // GOOD: virtual dispatch is safe
5715     };
5717     class D : public B {                 // some derived class
5718     protected:
5719         class Token {};
5721     public:
5722         explicit D(Token) : B{ B::Token{} } {}
5723         void f() override { /* ...  */ };
5725     protected:
5726         template<class T>
5727         friend shared_ptr<T> B::create();
5728     };
5730     shared_ptr<D> p = D::create<D>();  // creating a D object
5732 `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.
5733 By providing the factory function `create()`, we make construction (on the free store) convenient.
5735 ##### Note
5737 Conventional factory functions allocate on the free store, rather than on the stack or in an enclosing object.
5739 **See also**: [Discussion](#Sd-factory)
5741 ### <a name="Rc-delegating"></a>C.51: Use delegating constructors to represent common actions for all constructors of a class
5743 ##### Reason
5745 To avoid repetition and accidental differences.
5747 ##### Example, bad
5749     class Date {   // BAD: repetitive
5750         int d;
5751         Month m;
5752         int y;
5753     public:
5754         Date(int dd, Month mm, year yy)
5755             :d{dd}, m{mm}, y{yy}
5756             { if (!valid(d, m, y)) throw Bad_date{}; }
5758         Date(int dd, Month mm)
5759             :d{dd}, m{mm} y{current_year()}
5760             { if (!valid(d, m, y)) throw Bad_date{}; }
5761         // ...
5762     };
5764 The common action gets tedious to write and might accidentally not be common.
5766 ##### Example
5768     class Date2 {
5769         int d;
5770         Month m;
5771         int y;
5772     public:
5773         Date2(int dd, Month mm, year yy)
5774             :d{dd}, m{mm}, y{yy}
5775             { if (!valid(d, m, y)) throw Bad_date{}; }
5777         Date2(int dd, Month mm)
5778             :Date2{dd, mm, current_year()} {}
5779         // ...
5780     };
5782 **See also**: If the "repeated action" is a simple initialization, consider [an in-class member initializer](#Rc-in-class-initializer).
5784 ##### Enforcement
5786 (Moderate) Look for similar constructor bodies.
5788 ### <a name="Rc-inheriting"></a>C.52: Use inheriting constructors to import constructors into a derived class that does not need further explicit initialization
5790 ##### Reason
5792 If you need those constructors for a derived class, re-implementing them is tedious and error-prone.
5794 ##### Example
5796 `std::vector` has a lot of tricky constructors, so if I want my own `vector`, I don't want to reimplement them:
5798     class Rec {
5799         // ... data and lots of nice constructors ...
5800     };
5802     class Oper : public Rec {
5803         using Rec::Rec;
5804         // ... no data members ...
5805         // ... lots of nice utility functions ...
5806     };
5808 ##### Example, bad
5810     struct Rec2 : public Rec {
5811         int x;
5812         using Rec::Rec;
5813     };
5815     Rec2 r {"foo", 7};
5816     int val = r.x;   // uninitialized
5818 ##### Enforcement
5820 Make sure that every member of the derived class is initialized.
5822 ## <a name="SS-copy"></a>C.copy: Copy and move
5824 Value types should generally be copyable, but interfaces in a class hierarchy should not.
5825 Resource handles might or might not be copyable.
5826 Types can be defined to move for logical as well as performance reasons.
5828 ### <a name="Rc-copy-assignment"></a>C.60: Make copy assignment non-`virtual`, take the parameter by `const&`, and return by non-`const&`
5830 ##### Reason
5832 It is simple and efficient. If you want to optimize for rvalues, provide an overload that takes a `&&` (see [F.18](#Rf-consume)).
5834 ##### Example
5836     class Foo {
5837     public:
5838         Foo& operator=(const Foo& x)
5839         {
5840             // GOOD: no need to check for self-assignment (other than performance)
5841             auto tmp = x;
5842             swap(tmp); // see C.83
5843             return *this;
5844         }
5845         // ...
5846     };
5848     Foo a;
5849     Foo b;
5850     Foo f();
5852     a = b;    // assign lvalue: copy
5853     a = f();  // assign rvalue: potentially move
5855 ##### Note
5857 The `swap` implementation technique offers the [strong guarantee](#Abrahams01).
5859 ##### Example
5861 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:
5863     template<typename T>
5864     class Vector {
5865     public:
5866         Vector& operator=(const Vector&);
5867         // ...
5868     private:
5869         T* elem;
5870         int sz;
5871     };
5873     Vector& Vector::operator=(const Vector& a)
5874     {
5875         if (a.sz > sz) {
5876             // ... use the swap technique, it can't be bettered ...
5877             return *this;
5878         }
5879         // ... copy sz elements from *a.elem to elem ...
5880         if (a.sz < sz) {
5881             // ... destroy the surplus elements in *this and adjust size ...
5882         }
5883         return *this;
5884     }
5886 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).
5888 **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&)`.
5889 See [copy constructor vs. `clone()`](#Rc-copy-virtual).
5891 ##### Enforcement
5893 * (Simple) An assignment operator should not be virtual. Here be dragons!
5894 * (Simple) An assignment operator should return `T&` to enable chaining, not alternatives like `const T&` which interfere with composability and putting objects in containers.
5895 * (Moderate) An assignment operator should (implicitly or explicitly) invoke all base and member assignment operators.
5896   Look at the destructor to determine if the type has pointer semantics or value semantics.
5898 ### <a name="Rc-copy-semantic"></a>C.61: A copy operation should copy
5900 ##### Reason
5902 That is the generally assumed semantics. After `x = y`, we should have `x == y`.
5903 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).
5905 ##### Example
5907     class X {   // OK: value semantics
5908     public:
5909         X();
5910         X(const X&);     // copy X
5911         void modify();   // change the value of X
5912         // ...
5913         ~X() { delete[] p; }
5914     private:
5915         T* p;
5916         int sz;
5917     };
5919     bool operator==(const X& a, const X& b)
5920     {
5921         return a.sz == b.sz && equal(a.p, a.p + a.sz, b.p, b.p + b.sz);
5922     }
5924     X::X(const X& a)
5925         :p{new T[a.sz]}, sz{a.sz}
5926     {
5927         copy(a.p, a.p + sz, p);
5928     }
5930     X x;
5931     X y = x;
5932     if (x != y) throw Bad{};
5933     x.modify();
5934     if (x == y) throw Bad{};   // assume value semantics
5936 ##### Example
5938     class X2 {  // OK: pointer semantics
5939     public:
5940         X2();
5941         X2(const X2&) = default; // shallow copy
5942         ~X2() = default;
5943         void modify();          // change the pointed-to value
5944         // ...
5945     private:
5946         T* p;
5947         int sz;
5948     };
5950     bool operator==(const X2& a, const X2& b)
5951     {
5952         return a.sz == b.sz && a.p == b.p;
5953     }
5955     X2 x;
5956     X2 y = x;
5957     if (x != y) throw Bad{};
5958     x.modify();
5959     if (x != y) throw Bad{};  // assume pointer semantics
5961 ##### Note
5963 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.
5965 ##### Enforcement
5967 (Not enforceable)
5969 ### <a name="Rc-copy-self"></a>C.62: Make copy assignment safe for self-assignment
5971 ##### Reason
5973 If `x = x` changes the value of `x`, people will be surprised and bad errors will occur (often including leaks).
5975 ##### Example
5977 The standard-library containers handle self-assignment elegantly and efficiently:
5979     std::vector<int> v = {3, 1, 4, 1, 5, 9};
5980     v = v;
5981     // the value of v is still {3, 1, 4, 1, 5, 9}
5983 ##### Note
5985 The default assignment generated from members that handle self-assignment correctly handles self-assignment.
5987     struct Bar {
5988         vector<pair<int, int>> v;
5989         map<string, int> m;
5990         string s;
5991     };
5993     Bar b;
5994     // ...
5995     b = b;   // correct and efficient
5997 ##### Note
5999 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)).
6001     class Foo {
6002         string s;
6003         int i;
6004     public:
6005         Foo& operator=(const Foo& a);
6006         // ...
6007     };
6009     Foo& Foo::operator=(const Foo& a)   // OK, but there is a cost
6010     {
6011         if (this == &a) return *this;
6012         s = a.s;
6013         i = a.i;
6014         return *this;
6015     }
6017 This is obviously safe and apparently efficient.
6018 However, what if we do one self-assignment per million assignments?
6019 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).
6020 Consider:
6022     Foo& Foo::operator=(const Foo& a)   // simpler, and probably much better
6023     {
6024         s = a.s;
6025         i = a.i;
6026         return *this;
6027     }
6029 `std::string` is safe for self-assignment and so are `int`. All the cost is carried by the (rare) case of self-assignment.
6031 ##### Enforcement
6033 (Simple) Assignment operators should not contain the pattern `if (this == &a) return *this;` ???
6035 ### <a name="Rc-move-assignment"></a>C.63: Make move assignment non-`virtual`, take the parameter by `&&`, and return by non-`const &`
6037 ##### Reason
6039 It is simple and efficient.
6041 **See**: [The rule for copy-assignment](#Rc-copy-assignment).
6043 ##### Enforcement
6045 Equivalent to what is done for [copy-assignment](#Rc-copy-assignment).
6047 * (Simple) An assignment operator should not be virtual. Here be dragons!
6048 * (Simple) An assignment operator should return `T&` to enable chaining, not alternatives like `const T&` which interfere with composability and putting objects in containers.
6049 * (Moderate) A move assignment operator should (implicitly or explicitly) invoke all base and member move assignment operators.
6051 ### <a name="Rc-move-semantic"></a>C.64: A move operation should move and leave its source in a valid state
6053 ##### Reason
6055 That is the generally assumed semantics.
6056 After `y = std::move(x)` the value of `y` should be the value `x` had and `x` should be in a valid state.
6058 ##### Example
6060     template<typename T>
6061     class X {   // OK: value semantics
6062     public:
6063         X();
6064         X(X&& a) noexcept;  // move X
6065         void modify();     // change the value of X
6066         // ...
6067         ~X() { delete[] p; }
6068     private:
6069         T* p;
6070         int sz;
6071     };
6074     X::X(X&& a)
6075         :p{a.p}, sz{a.sz}  // steal representation
6076     {
6077         a.p = nullptr;     // set to "empty"
6078         a.sz = 0;
6079     }
6081     void use()
6082     {
6083         X x{};
6084         // ...
6085         X y = std::move(x);
6086         x = X{};   // OK
6087     } // OK: x can be destroyed
6089 ##### Note
6091 Ideally, that moved-from should be the default value of the type.
6092 Ensure that unless there is an exceptionally good reason not to.
6093 However, not all types have a default value and for some types establishing the default value can be expensive.
6094 The standard requires only that the moved-from object can be destroyed.
6095 Often, we can easily and cheaply do better: The standard library assumes that it is possible to assign to a moved-from object.
6096 Always leave the moved-from object in some (necessarily specified) valid state.
6098 ##### Note
6100 Unless there is an exceptionally strong reason not to, make `x = std::move(y); y = z;` work with the conventional semantics.
6102 ##### Enforcement
6104 (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.
6106 ### <a name="Rc-move-self"></a>C.65: Make move assignment safe for self-assignment
6108 ##### Reason
6110 If `x = x` changes the value of `x`, people will be surprised and bad errors can 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.
6112 ##### Example
6114     class Foo {
6115         string s;
6116         int i;
6117     public:
6118         Foo& operator=(Foo&& a);
6119         // ...
6120     };
6122     Foo& Foo::operator=(Foo&& a) noexcept  // OK, but there is a cost
6123     {
6124         if (this == &a) return *this;  // this line is redundant
6125         s = std::move(a.s);
6126         i = a.i;
6127         return *this;
6128     }
6130 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.
6132 ##### Note
6134 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).
6136 ##### Note
6138 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.
6140 ##### Example
6142 Here is a way to move a pointer without a test (imagine it as code in the implementation a move assignment):
6144     // move from other.ptr to this->ptr
6145     T* temp = other.ptr;
6146     other.ptr = nullptr;
6147     delete ptr;
6148     ptr = temp;
6150 ##### Enforcement
6152 * (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`.
6153 * (Not enforceable) Look at the use of standard-library container types (incl. `string`) and consider them safe for ordinary (not life-critical) uses.
6155 ### <a name="Rc-move-noexcept"></a>C.66: Make move operations `noexcept`
6157 ##### Reason
6159 A throwing move violates most people's reasonably assumptions.
6160 A non-throwing move will be used more efficiently by standard-library and language facilities.
6162 ##### Example
6164     template<typename T>
6165     class Vector {
6166     public:
6167         Vector(Vector&& a) noexcept :elem{a.elem}, sz{a.sz} { a.sz = 0; a.elem = nullptr; }
6168         Vector& operator=(Vector&& a) noexcept { elem = a.elem; sz = a.sz; a.sz = 0; a.elem = nullptr; }
6169         // ...
6170     private:
6171         T* elem;
6172         int sz;
6173     };
6175 These operations do not throw.
6177 ##### Example, bad
6179     template<typename T>
6180     class Vector2 {
6181     public:
6182         Vector2(Vector2&& a) { *this = a; }             // just use the copy
6183         Vector2& operator=(Vector2&& a) { *this = a; }  // just use the copy
6184         // ...
6185     private:
6186         T* elem;
6187         int sz;
6188     };
6190 This `Vector2` is not just inefficient, but since a vector copy requires allocation, it can throw.
6192 ##### Enforcement
6194 (Simple) A move operation should be marked `noexcept`.
6196 ### <a name="Rc-copy-virtual"></a>C.67: A polymorphic class should suppress copying
6198 ##### Reason
6200 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.
6202 ##### Example, bad
6204     class B { // BAD: polymorphic base class doesn't suppress copying
6205     public:
6206         virtual char m() { return 'B'; }
6207         // ... nothing about copy operations, so uses default ...
6208     };
6210     class D : public B {
6211     public:
6212         char m() override { return 'D'; }
6213         // ...
6214     };
6216     void f(B& b)
6217     {
6218         auto b2 = b; // oops, slices the object; b2.m() will return 'B'
6219     }
6221     D d;
6222     f(d);
6224 ##### Example
6226     class B { // GOOD: polymorphic class suppresses copying
6227     public:
6228         B(const B&) = delete;
6229         B& operator=(const B&) = delete;
6230         virtual char m() { return 'B'; }
6231         // ...
6232     };
6234     class D : public B {
6235     public:
6236         char m() override { return 'D'; }
6237         // ...
6238     };
6240     void f(B& b)
6241     {
6242         auto b2 = b; // ok, compiler will detect inadvertent copying, and protest
6243     }
6245     D d;
6246     f(d);
6248 ##### Note
6250 If you need to create deep copies of polymorphic objects, use `clone()` functions: see [C.130](#Rh-copy).
6252 ##### Exception
6254 Classes that represent exception objects need both to be polymorphic and copy-constructible.
6256 ##### Enforcement
6258 * Flag a polymorphic class with a non-deleted copy operation.
6259 * Flag an assignment of polymorphic class objects.
6261 ## C.other: Other default operation rules
6263 In addition to the operations for which the language offer default implementations,
6264 there are a few operations that are so foundational that it rules for their definition are needed:
6265 comparisons, `swap`, and `hash`.
6267 ### <a name="Rc-eqdefault"></a>C.80: Use `=default` if you have to be explicit about using the default semantics
6269 ##### Reason
6271 The compiler is more likely to get the default semantics right and you cannot implement these functions better than the compiler.
6273 ##### Example
6275     class Tracer {
6276         string message;
6277     public:
6278         Tracer(const string& m) : message{m} { cerr << "entering " << message << '\n'; }
6279         ~Tracer() { cerr << "exiting " << message << '\n'; }
6281         Tracer(const Tracer&) = default;
6282         Tracer& operator=(const Tracer&) = default;
6283         Tracer(Tracer&&) = default;
6284         Tracer& operator=(Tracer&&) = default;
6285     };
6287 Because we defined the destructor, we must define the copy and move operations. The `= default` is the best and simplest way of doing that.
6289 ##### Example, bad
6291     class Tracer2 {
6292         string message;
6293     public:
6294         Tracer2(const string& m) : message{m} { cerr << "entering " << message << '\n'; }
6295         ~Tracer2() { cerr << "exiting " << message << '\n'; }
6297         Tracer2(const Tracer2& a) : message{a.message} {}
6298         Tracer2& operator=(const Tracer2& a) { message = a.message; return *this; }
6299         Tracer2(Tracer2&& a) :message{a.message} {}
6300         Tracer2& operator=(Tracer2&& a) { message = a.message; return *this; }
6301     };
6303 Writing out the bodies of the copy and move operations is verbose, tedious, and error-prone. A compiler does it better.
6305 ##### Enforcement
6307 (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
6309 ### <a name="Rc-delete"></a>C.81: Use `=delete` when you want to disable default behavior (without wanting an alternative)
6311 ##### Reason
6313 In a few cases, a default operation is not desirable.
6315 ##### Example
6317     class Immortal {
6318     public:
6319         ~Immortal() = delete;   // do not allow destruction
6320         // ...
6321     };
6323     void use()
6324     {
6325         Immortal ugh;   // error: ugh cannot be destroyed
6326         Immortal* p = new Immortal{};
6327         delete p;       // error: cannot destroy *p
6328     }
6330 ##### Example
6332 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:
6334     template<class T, class D = default_delete<T>> class unique_ptr {
6335     public:
6336         // ...
6337         constexpr unique_ptr() noexcept;
6338         explicit unique_ptr(pointer p) noexcept;
6339         // ...
6340         unique_ptr(unique_ptr&& u) noexcept;   // move constructor
6341         // ...
6342         unique_ptr(const unique_ptr&) = delete; // disable copy from lvalue
6343         // ...
6344     };
6346     unique_ptr<int> make();   // make "something" and return it by moving
6348     void f()
6349     {
6350         unique_ptr<int> pi {};
6351         auto pi2 {pi};      // error: no move constructor from lvalue
6352         auto pi3 {make()};  // OK, move: the result of make() is an rvalue
6353     }
6355 Note that deleted functions should be public.
6357 ##### Enforcement
6359 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.
6361 ### <a name="Rc-ctor-virtual"></a>C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors
6363 ##### Reason
6365 The function called will be that of the object constructed so far, rather than a possibly overriding function in a derived class.
6366 This can be most confusing.
6367 Worse, a direct or indirect call to an unimplemented pure virtual function from a constructor or destructor results in undefined behavior.
6369 ##### Example, bad
6371     class Base {
6372     public:
6373         virtual void f() = 0;   // not implemented
6374         virtual void g();       // implemented with Base version
6375         virtual void h();       // implemented with Base version
6376         virtual ~Base();        // implemented with Base version
6377     };
6379     class Derived : public Base {
6380     public:
6381         void g() override;   // provide Derived implementation
6382         void h() final;      // provide Derived implementation
6384         Derived()
6385         {
6386             // BAD: attempt to call an unimplemented virtual function
6387             f();
6389             // BAD: will call Derived::g, not dispatch further virtually
6390             g();
6392             // GOOD: explicitly state intent to call only the visible version
6393             Derived::g();
6395             // ok, no qualification needed, h is final
6396             h();
6397         }
6398     };
6400 Note that calling a specific explicitly qualified function is not a virtual call even if the function is `virtual`.
6402 **See also** [factory functions](#Rc-factory) for how to achieve the effect of a call to a derived class function without risking undefined behavior.
6404 ##### Note
6406 There is nothing inherently wrong with calling virtual functions from constructors and destructors.
6407 The semantics of such calls is type safe.
6408 However, experience shows that such calls are rarely needed, easily confuse maintainers, and become a source of errors when used by novices.
6410 ##### Enforcement
6412 * Flag calls of virtual functions from constructors and destructors.
6414 ### <a name="Rc-swap"></a>C.83: For value-like types, consider providing a `noexcept` swap function
6416 ##### Reason
6418 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).
6420 ##### Example, good
6422     class Foo {
6423     public:
6424         void swap(Foo& rhs) noexcept
6425         {
6426             m1.swap(rhs.m1);
6427             std::swap(m2, rhs.m2);
6428         }
6429     private:
6430         Bar m1;
6431         int m2;
6432     };
6434 Providing a non-member `swap` function in the same namespace as your type for callers' convenience.
6436     void swap(Foo& a, Foo& b)
6437     {
6438         a.swap(b);
6439     }
6441 ##### Enforcement
6443 * Non-trivially copyable value types should provide a member swap or a free swap overload.
6444 * (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
6446 ### <a name="Rc-swap-fail"></a>C.84: A `swap` function must not fail
6448 ##### Reason
6450  `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.
6452 ##### Example, bad
6454     void swap(My_vector& x, My_vector& y)
6455     {
6456         auto tmp = x;   // copy elements
6457         x = y;
6458         y = tmp;
6459     }
6461 This is not just slow, but if a memory allocation occurs for the elements in `tmp`, this `swap` could throw and would make STL algorithms fail if used with them.
6463 ##### Enforcement
6465 (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
6467 ### <a name="Rc-swap-noexcept"></a>C.85: Make `swap` `noexcept`
6469 ##### Reason
6471  [A `swap` must not fail](#Rc-swap-fail).
6472 If a `swap` tries to exit with an exception, it's a bad design error and the program had better terminate.
6474 ##### Enforcement
6476 (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
6478 ### <a name="Rc-eq"></a>C.86: Make `==` symmetric with respect to operand types and `noexcept`
6480 ##### Reason
6482 Asymmetric treatment of operands is surprising and a source of errors where conversions are possible.
6483 `==` is a fundamental operations and programmers should be able to use it without fear of failure.
6485 ##### Example
6487     struct X {
6488         string name;
6489         int number;
6490     };
6492     bool operator==(const X& a, const X& b) noexcept {
6493         return a.name == b.name && a.number == b.number;
6494     }
6496 ##### Example, bad
6498     class B {
6499         string name;
6500         int number;
6501         bool operator==(const B& a) const {
6502             return name == a.name && number == a.number;
6503         }
6504         // ...
6505     };
6507 `B`'s comparison accepts conversions for its second operand, but not its first.
6509 ##### Note
6511 If a class has a failure state, like `double`'s `NaN`, there is a temptation to make a comparison against the failure state throw.
6512 The alternative is to make two failure states compare equal and any valid state compare false against the failure state.
6514 ##### Note
6516 This rule applies to all the usual comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
6518 ##### Enforcement
6520 * Flag an `operator==()` for which the argument types differ; same for other comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
6521 * Flag member `operator==()`s; same for other comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
6523 ### <a name="Rc-eq-base"></a>C.87: Beware of `==` on base classes
6525 ##### Reason
6527 It is really hard to write a foolproof and useful `==` for a hierarchy.
6529 ##### Example, bad
6531     class B {
6532         string name;
6533         int number;
6534         virtual bool operator==(const B& a) const
6535         {
6536              return name == a.name && number == a.number;
6537         }
6538         // ...
6539     };
6541 `B`'s comparison accepts conversions for its second operand, but not its first.
6543     class D : B {
6544         char character;
6545         virtual bool operator==(const D& a) const
6546         {
6547             return name == a.name && number == a.number && character == a.character;
6548         }
6549         // ...
6550     };
6552     B b = ...
6553     D d = ...
6554     b == d;    // compares name and number, ignores d's character
6555     d == b;    // error: no == defined
6556     D d2;
6557     d == d2;   // compares name, number, and character
6558     B& b2 = d2;
6559     b2 == d;   // compares name and number, ignores d2's and d's character
6561 Of course there are ways of making `==` work in a hierarchy, but the naive approaches do not scale
6563 ##### Note
6565 This rule applies to all the usual comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
6567 ##### Enforcement
6569 * Flag a virtual `operator==()`; same for other comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
6571 ### <a name="Rc-hash"></a>C.89: Make a `hash` `noexcept`
6573 ##### Reason
6575 Users of hashed containers use hash indirectly and don't expect simple access to throw.
6576 It's a standard-library requirement.
6578 ##### Example, bad
6580     template<>
6581     struct hash<My_type> {  // thoroughly bad hash specialization
6582         using result_type = size_t;
6583         using argument_type = My_type;
6585         size_t operator()(const My_type & x) const
6586         {
6587             size_t xs = x.s.size();
6588             if (xs < 4) throw Bad_My_type{};    // "Nobody expects the Spanish inquisition!"
6589             return hash<size_t>()(x.s.size()) ^ trim(x.s);
6590         }
6591     };
6593     int main()
6594     {
6595         unordered_map<My_type, int> m;
6596         My_type mt{ "asdfg" };
6597         m[mt] = 7;
6598         cout << m[My_type{ "asdfg" }] << '\n';
6599     }
6601 If you have to define a `hash` specialization, try simply to let it combine standard-library `hash` specializations with `^` (xor).
6602 That tends to work better than "cleverness" for non-specialists.
6604 ##### Enforcement
6606 * Flag throwing `hash`es.
6608 ### <a name="Rc-memset"></a>C.90: Rely on constructors and assignment operators, not `memset` and `memcpy`
6610 ##### Reason
6612 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.
6613 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.
6615 ##### Example, good
6617     struct base {
6618         virtual void update() = 0;
6619         std::shared_ptr<int> sp;
6620     };
6622     struct derived : public base {
6623         void update() override {}
6624     };
6626 ##### Example, bad
6628     void init(derived& a)
6629     {
6630         memset(&a, 0, sizeof(derived));
6631     }
6633 This is type-unsafe and overwrites the vtable.
6635 ##### Example, bad
6637     void copy(derived& a, derived& b)
6638     {
6639         memcpy(&a, &b, sizeof(derived));
6640     }
6642 This is also type-unsafe and overwrites the vtable.
6644 ##### Enforcement
6646 * Flag passing a non-trivially-copyable type to `memset` or `memcpy`. 
6648 ## <a name="SS-containers"></a>C.con: Containers and other resource handles
6650 A container is an object holding a sequence of objects of some type; `std::vector` is the archetypical container.
6651 A resource handle is a class that owns a resource; `std::vector` is the typical resource handle; its resource is its sequence of elements.
6653 Summary of container rules:
6655 * [C.100: Follow the STL when defining a container](#Rcon-stl)
6656 * [C.101: Give a container value semantics](#Rcon-val)
6657 * [C.102: Give a container move operations](#Rcon-move)
6658 * [C.103: Give a container an initializer list constructor](#Rcon-init)
6659 * [C.104: Give a container a default constructor that sets it to empty](#Rcon-empty)
6660 * ???
6661 * [C.109: If a resource handle has pointer semantics, provide `*` and `->`](#Rcon-ptr)
6663 **See also**: [Resources](#S-resource)
6666 ### <a name="Rcon-stl"></a>C.100: Follow the STL when defining a container
6668 ##### Reason
6670 The STL containers are familiar to most C++ programmers and a fundamentally sound design.
6672 ##### Note
6674 There are of course other fundamentally sound design styles and sometimes reasons to depart from
6675 the style of the standard library, but in the absence of a solid reason to differ, it is simpler
6676 and easier for both implementers and users to follow the standard.
6678 In particular, `std::vector` and `std::map` provide useful relatively simple models.
6680 ##### Example
6682     // simplified (e.g., no allocators):
6684     template<typename T>
6685     class Sorted_vector {
6686         using value_type = T;
6687         // ... iterator types ...
6689         Sorted_vector() = default;
6690         Sorted_vector(initializer_list<T>);    // initializer-list constructor: sort and store
6691         Sorted_vector(const Sorted_vector&) = default;
6692         Sorted_vector(Sorted_vector&&) = default;
6693         Sorted_vector& operator=(const Sorted_vector&) = default;   // copy assignment
6694         Sorted_vector& operator=(Sorted_vector&&) = default;        // move assignment
6695         ~Sorted_vector() = default;
6697         Sorted_vector(const std::vector<T>& v);   // store and sort
6698         Sorted_vector(std::vector<T>&& v);        // sort and "steal representation"
6700         const T& operator[](int i) const { return rep[i]; }
6701         // no non-const direct access to preserve order
6703         void push_back(const T&);   // insert in the right place (not necessarily at back)
6704         void push_back(T&&);        // insert in the right place (not necessarily at back)
6706         // ... cbegin(), cend() ...
6707     private:
6708         std::vector<T> rep;  // use a std::vector to hold elements
6709     };
6711     template<typename T> bool operator==(const Sorted_vector<T>&, const Sorted_vector<T>&);
6712     template<typename T> bool operator!=(const Sorted_vector<T>&, const Sorted_vector<T>&);
6713     // ...
6715 Here, the STL style is followed, but incompletely.
6716 That's not uncommon.
6717 Provide only as much functionality as makes sense for a specific container.
6718 The key is to define the conventional constructors, assignments, destructors, and iterators
6719 (as meaningful for the specific container) with their conventional semantics.
6720 From that base, the container can be expanded as needed.
6721 Here, special constructors from `std::vector` were added.
6723 ##### Enforcement
6727 ### <a name="Rcon-val"></a>C.101: Give a container value semantics
6729 ##### Reason
6731 Regular objects are simpler to think and reason about than irregular ones.
6732 Familiarity.
6734 ##### Note
6736 If meaningful, make a container `Regular` (the concept).
6737 In particular, ensure that an object compares equal to its copy.
6739 ##### Example
6741     void f(const Sorted_vector<string>& v)
6742     {
6743         Sorted_vector<string> v2 {v};
6744         if (v != v2)
6745             cout << "Behavior against reason and logic.\n";
6746         // ...
6747     }
6749 ##### Enforcement
6753 ### <a name="Rcon-move"></a>C.102: Give a container move operations
6755 ##### Reason
6757 Containers tend to get large; without a move constructor and a copy constructor an object can be
6758 expensive to move around, thus tempting people to pass pointers to it around and getting into
6759 resource management problems.
6761 ##### Example
6763     Sorted_vector<int> read_sorted(istream& is)
6764     {
6765         vector<int> v;
6766         cin >> v;   // assume we have a read operation for vectors
6767         Sorted_vector<int> sv = v;  // sorts
6768         return sv;
6769     }
6771 A user can reasonably assume that returning a standard-like container is cheap.
6773 ##### Enforcement
6777 ### <a name="Rcon-init"></a>C.103: Give a container an initializer list constructor
6779 ##### Reason
6781 People expect to be able to initialize a container with a set of values.
6782 Familiarity.
6784 ##### Example
6786     Sorted_vector<int> sv {1, 3, -1, 7, 0, 0}; // Sorted_vector sorts elements as needed
6788 ##### Enforcement
6792 ### <a name="Rcon-empty"></a>C.104: Give a container a default constructor that sets it to empty
6794 ##### Reason
6796 To make it `Regular`.
6798 ##### Example
6800     vector<Sorted_sequence<string>> vs(100);    // 100 Sorted_sequences each with the value ""
6802 ##### Enforcement
6806 ### <a name="Rcon-ptr"></a>C.109: If a resource handle has pointer semantics, provide `*` and `->`
6808 ##### Reason
6810 That's what is expected from pointers.
6811 Familiarity.
6813 ##### Example
6815     ???
6817 ##### Enforcement
6821 ## <a name="SS-lambdas"></a>C.lambdas: Function objects and lambdas
6823 A function object is an object supplying an overloaded `()` so that you can call it.
6824 A lambda expression (colloquially often shortened to "a lambda") is a notation for generating a function object.
6825 Function objects should be cheap to copy (and therefore [passed by value](#Rf-in)).
6827 Summary:
6829 * [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)
6830 * [F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms](#Rf-reference-capture)
6831 * [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)
6832 * [ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables](#Res-lambda-init)
6834 ## <a name="SS-hier"></a>C.hier: Class hierarchies (OOP)
6836 A class hierarchy is constructed to represent a set of hierarchically organized concepts (only).
6837 Typically base classes act as interfaces.
6838 There are two major uses for hierarchies, often named implementation inheritance and interface inheritance.
6840 Class hierarchy rule summary:
6842 * [C.120: Use class hierarchies to represent concepts with inherent hierarchical structure (only)](#Rh-domain)
6843 * [C.121: If a base class is used as an interface, make it a pure abstract class](#Rh-abstract)
6844 * [C.122: Use abstract classes as interfaces when complete separation of interface and implementation is needed](#Rh-separation)
6846 Designing rules for classes in a hierarchy summary:
6848 * [C.126: An abstract class typically doesn't need a constructor](#Rh-abstract-ctor)
6849 * [C.127: A class with a virtual function should have a virtual or protected destructor](#Rh-dtor)
6850 * [C.128: Virtual functions should specify exactly one of `virtual`, `override`, or `final`](#Rh-override)
6851 * [C.129: When designing a class hierarchy, distinguish between implementation inheritance and interface inheritance](#Rh-kind)
6852 * [C.130: For making deep copies of polymorphic classes prefer a virtual `clone` function instead of copy construction/assignment](#Rh-copy)
6853 * [C.131: Avoid trivial getters and setters](#Rh-get)
6854 * [C.132: Don't make a function `virtual` without reason](#Rh-virtual)
6855 * [C.133: Avoid `protected` data](#Rh-protected)
6856 * [C.134: Ensure all non-`const` data members have the same access level](#Rh-public)
6857 * [C.135: Use multiple inheritance to represent multiple distinct interfaces](#Rh-mi-interface)
6858 * [C.136: Use multiple inheritance to represent the union of implementation attributes](#Rh-mi-implementation)
6859 * [C.137: Use `virtual` bases to avoid overly general base classes](#Rh-vbase)
6860 * [C.138: Create an overload set for a derived class and its bases with `using`](#Rh-using)
6861 * [C.139: Use `final` on classes sparingly](#Rh-final)
6862 * [C.140: Do not provide different default arguments for a virtual function and an overrider](#Rh-virtual-default-arg)
6864 Accessing objects in a hierarchy rule summary:
6866 * [C.145: Access polymorphic objects through pointers and references](#Rh-poly)
6867 * [C.146: Use `dynamic_cast` where class hierarchy navigation is unavoidable](#Rh-dynamic_cast)
6868 * [C.147: Use `dynamic_cast` to a reference type when failure to find the required class is considered an error](#Rh-ref-cast)
6869 * [C.148: Use `dynamic_cast` to a pointer type when failure to find the required class is considered a valid alternative](#Rh-ptr-cast)
6870 * [C.149: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to avoid forgetting to `delete` objects created using `new`](#Rh-smart)
6871 * [C.150: Use `make_unique()` to construct objects owned by `unique_ptr`s](#Rh-make_unique)
6872 * [C.151: Use `make_shared()` to construct objects owned by `shared_ptr`s](#Rh-make_shared)
6873 * [C.152: Never assign a pointer to an array of derived class objects to a pointer to its base](#Rh-array)
6874 * [C.153: Prefer virtual function to casting](#Rh-use-virtual)
6876 ### <a name="Rh-domain"></a>C.120: Use class hierarchies to represent concepts with inherent hierarchical structure (only)
6878 ##### Reason
6880 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.
6882 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.
6884 ##### Example
6886     class DrawableUIElement {
6887     public:
6888         virtual void render() const = 0;
6889         // ...
6890     };
6892     class AbstractButton : public DrawableUIElement {
6893     public:
6894         virtual void onClick() = 0;
6895         // ...
6896     };
6898     class PushButton : public AbstractButton {
6899         void render() const override;
6900         void onClick() override;
6901         // ...
6902     };
6904     class Checkbox : public AbstractButton {
6905     // ...
6906     };
6908 ##### Example, bad
6910 Do *not* represent non-hierarchical domain concepts as class hierarchies.
6912     template<typename T>
6913     class Container {
6914     public:
6915         // list operations:
6916         virtual T& get() = 0;
6917         virtual void put(T&) = 0;
6918         virtual void insert(Position) = 0;
6919         // ...
6920         // vector operations:
6921         virtual T& operator[](int) = 0;
6922         virtual void sort() = 0;
6923         // ...
6924         // tree operations:
6925         virtual void balance() = 0;
6926         // ...
6927     };
6929 Here most overriding classes cannot implement most of the functions required in the interface well.
6930 Thus the base class becomes an implementation burden.
6931 Furthermore, the user of `Container` cannot rely on the member functions actually performing meaningful operations reasonably efficiently;
6932 it might throw an exception instead.
6933 Thus users have to resort to run-time checking and/or
6934 not using this (over)general interface in favor of a particular interface found by a run-time type inquiry (e.g., a `dynamic_cast`).
6936 ##### Enforcement
6938 * Look for classes with lots of members that do nothing but throw.
6939 * 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`.
6941 ### <a name="Rh-abstract"></a>C.121: If a base class is used as an interface, make it a pure abstract class
6943 ##### Reason
6945 A class is more stable (less brittle) if it does not contain data.
6946 Interfaces should normally be composed entirely of public pure virtual functions and a default/empty virtual destructor.
6948 ##### Example
6950     class My_interface {
6951     public:
6952         // ...only pure virtual functions here ...
6953         virtual ~My_interface() {}   // or =default
6954     };
6956 ##### Example, bad
6958     class Goof {
6959     public:
6960         // ...only pure virtual functions here ...
6961         // no virtual destructor
6962     };
6964     class Derived : public Goof {
6965         string s;
6966         // ...
6967     };
6969     void use()
6970     {
6971         unique_ptr<Goof> p {new Derived{"here we go"}};
6972         f(p.get()); // use Derived through the Goof interface
6973         g(p.get()); // use Derived through the Goof interface
6974     } // leak
6976 The `Derived` is `delete`d through its `Goof` interface, so its `string` is leaked.
6977 Give `Goof` a virtual destructor and all is well.
6980 ##### Enforcement
6982 * 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.
6984 ### <a name="Rh-separation"></a>C.122: Use abstract classes as interfaces when complete separation of interface and implementation is needed
6986 ##### Reason
6988 Such as on an ABI (link) boundary.
6990 ##### Example
6992     struct Device {
6993         virtual ~Device() = default;
6994         virtual void write(span<const char> outbuf) = 0;
6995         virtual void read(span<char> inbuf) = 0;
6996     };
6998     class D1 : public Device {
6999         // ... data ...
7001         void write(span<const char> outbuf) override;
7002         void read(span<char> inbuf) override;
7003     };
7005     class D2 : public Device {
7006         // ... different data ...
7008         void write(span<const char> outbuf) override;
7009         void read(span<char> inbuf) override;
7010     };
7012 A user can now use `D1`s and `D2`s interchangeably through the interface provided by `Device`.
7013 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`.
7015 ##### Enforcement
7017     ???
7019 ## C.hierclass: Designing classes in a hierarchy:
7021 ### <a name="Rh-abstract-ctor"></a>C.126: An abstract class typically doesn't need a constructor
7023 ##### Reason
7025 An abstract class typically does not have any data for a constructor to initialize.
7027 ##### Example
7029     ???
7031 ##### Exception
7033 * A base class constructor that does work, such as registering an object somewhere, might need a constructor.
7034 * In extremely rare cases, you might find it reasonable for an abstract class to have a bit of data shared by all derived classes
7035   (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.
7037 ##### Enforcement
7039 Flag abstract classes with constructors.
7041 ### <a name="Rh-dtor"></a>C.127: A class with a virtual function should have a virtual or protected destructor
7043 ##### Reason
7045 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).
7047 ##### Example, bad
7049     struct B {
7050         virtual int f() = 0;
7051         // ... no user-written destructor, defaults to public non-virtual ...
7052     };
7054     // bad: derived from a class without a virtual destructor
7055     struct D : B {
7056         string s {"default"};
7057     };
7059     void use()
7060     {
7061         unique_ptr<B> p = make_unique<D>();
7062         // ...
7063     } // undefined behavior, might call B::~B only and leak the string
7065 ##### Note
7067 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`.
7069 ##### Enforcement
7071 * A class with any virtual functions should have a destructor that is either public and virtual or else protected and non-virtual.
7072 * Flag `delete` of a class with a virtual function but no virtual destructor.
7074 ### <a name="Rh-override"></a>C.128: Virtual functions should specify exactly one of `virtual`, `override`, or `final`
7076 ##### Reason
7078 Readability.
7079 Detection of mistakes.
7080 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.
7082 It's simple and clear:
7084 * `virtual` means exactly and only "this is a new virtual function."
7085 * `override` means exactly and only "this is a non-final overrider."
7086 * `final` means exactly and only "this is a final overrider."
7088 ##### Example, bad
7090     struct B {
7091         void f1(int);
7092         virtual void f2(int) const;
7093         virtual void f3(int);
7094         // ...
7095     };
7097     struct D : B {
7098         void f1(int);        // bad (hope for a warning): D::f1() hides B::f1()
7099         void f2(int) const;  // bad (but conventional and valid): no explicit override
7100         void f3(double);     // bad (hope for a warning): D::f3() hides B::f3()
7101         // ...
7102     };
7104 ##### Example, good
7106     struct Better : B {
7107         void f1(int) override;        // error (caught): Better::f1() hides B::f1()
7108         void f2(int) const override;
7109         void f3(double) override;     // error (caught): Better::f3() hides B::f3()
7110         // ...
7111     };
7113 #### Discussion
7115 We want to eliminate two particular classes of errors:
7117 * **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)
7118 * **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 might have intended to create either a new virtual function or a new non-virtual function)
7120 Note: On a class defined as `final`, it doesn't matter whether you put `override` or `final` on an individual virtual function.
7122 Note: Use `final` on functions sparingly. It does not necessarily lead to optimization, and it precludes further overriding.
7124 ##### Enforcement
7126 * Compare virtual function names in base and derived classes and flag uses of the same name that does not override.
7127 * Flag overrides with neither `override` nor `final`.
7128 * Flag function declarations that use more than one of `virtual`, `override`, and `final`.
7130 ### <a name="Rh-kind"></a>C.129: When designing a class hierarchy, distinguish between implementation inheritance and interface inheritance
7132 ##### Reason
7134 Implementation details in an interface make the interface brittle;
7135 that is, make its users vulnerable to having to recompile after changes in the implementation.
7136 Data in a base class increases the complexity of implementing the base and can lead to replication of code.
7138 ##### Note
7140 Definition:
7142 * interface inheritance is the use of inheritance to separate users from implementations,
7143 in particular to allow derived classes to be added and changed without affecting the users of base classes.
7144 * implementation inheritance is the use of inheritance to simplify implementation of new facilities
7145 by making useful operations available for implementers of related new operations (sometimes called "programming by difference").
7147 A pure interface class is simply a set of pure virtual functions; see [I.25](#Ri-abstract).
7149 In early OOP (e.g., in the 1980s and 1990s), implementation inheritance and interface inheritance were often mixed
7150 and bad habits die hard.
7151 Even now, mixtures are not uncommon in old code bases and in old-style teaching material.
7153 The importance of keeping the two kinds of inheritance increases
7155 * with the size of a hierarchy (e.g., dozens of derived classes),
7156 * with the length of time the hierarchy is used (e.g., decades), and
7157 * with the number of distinct organizations in which a hierarchy is used
7158 (e.g., it can be difficult to distribute an update to a base class)
7161 ##### Example, bad
7163     class Shape {   // BAD, mixed interface and implementation
7164     public:
7165         Shape();
7166         Shape(Point ce = {0, 0}, Color co = none): cent{ce}, col {co} { /* ... */}
7168         Point center() const { return cent; }
7169         Color color() const { return col; }
7171         virtual void rotate(int) = 0;
7172         virtual void move(Point p) { cent = p; redraw(); }
7174         virtual void redraw();
7176         // ...
7177     private:
7178         Point cent;
7179         Color col;
7180     };
7182     class Circle : public Shape {
7183     public:
7184         Circle(Point c, int r) : Shape{c}, rad{r} { /* ... */ }
7186         // ...
7187     private:
7188         int rad;
7189     };
7191     class Triangle : public Shape {
7192     public:
7193         Triangle(Point p1, Point p2, Point p3); // calculate center
7194         // ...
7195     };
7197 Problems:
7199 * As the hierarchy grows and more data is added to `Shape`, the constructors get harder to write and maintain.
7200 * Why calculate the center for the `Triangle`? we might never use it.
7201 * Add a data member to `Shape` (e.g., drawing style or canvas)
7202 and all classes derived from `Shape` and all code using `Shape` will need to be reviewed, possibly changed, and probably recompiled.
7204 The implementation of `Shape::move()` is an example of implementation inheritance:
7205 we have defined `move()` once and for all for all derived classes.
7206 The more code there is in such base class member function implementations and the more data is shared by placing it in the base,
7207 the more benefits we gain - and the less stable the hierarchy is.
7209 ##### Example
7211 This Shape hierarchy can be rewritten using interface inheritance:
7213     class Shape {  // pure interface
7214     public:
7215         virtual Point center() const = 0;
7216         virtual Color color() const = 0;
7218         virtual void rotate(int) = 0;
7219         virtual void move(Point p) = 0;
7221         virtual void redraw() = 0;
7223         // ...
7224     };
7226 Note that a pure interface rarely has constructors: there is nothing to construct.
7228     class Circle : public Shape {
7229     public:
7230         Circle(Point c, int r, Color c) : cent{c}, rad{r}, col{c} { /* ... */ }
7232         Point center() const override { return cent; }
7233         Color color() const override { return col; }
7235         // ...
7236     private:
7237         Point cent;
7238         int rad;
7239         Color col;
7240     };
7242 The interface is now less brittle, but there is more work in implementing the member functions.
7243 For example, `center` has to be implemented by every class derived from `Shape`.
7245 ##### Example, dual hierarchy
7247 How can we gain the benefit of stable hierarchies from implementation hierarchies and the benefit of implementation reuse from implementation inheritance?
7248 One popular technique is dual hierarchies.
7249 There are many ways of implementing the idea of dual hierarchies; here, we use a multiple-inheritance variant.
7251 First we devise a hierarchy of interface classes:
7253     class Shape {   // pure interface
7254     public:
7255         virtual Point center() const = 0;
7256         virtual Color color() const = 0;
7258         virtual void rotate(int) = 0;
7259         virtual void move(Point p) = 0;
7261         virtual void redraw() = 0;
7263         // ...
7264     };
7266     class Circle : public virtual Shape {   // pure interface
7267     public:
7268         virtual int radius() = 0;
7269         // ...
7270     };
7272 To make this interface useful, we must provide its implementation classes (here, named equivalently, but in the `Impl` namespace):
7274     class Impl::Shape : public virtual ::Shape { // implementation
7275     public:
7276         // constructors, destructor
7277         // ...
7278         Point center() const override { /* ... */ }
7279         Color color() const override { /* ... */ }
7281         void rotate(int) override { /* ... */ }
7282         void move(Point p) override { /* ... */ }
7284         void redraw() override { /* ... */ }
7286         // ...
7287     };
7289 Now `Shape` is a poor example of a class with an implementation,
7290 but bear with us because this is just a simple example of a technique aimed at more complex hierarchies.
7292     class Impl::Circle : public virtual ::Circle, public Impl::Shape {   // implementation
7293     public:
7294         // constructors, destructor
7296         int radius() override { /* ... */ }
7297         // ...
7298     };
7300 And we could extend the hierarchies by adding a Smiley class (:-)):
7302     class Smiley : public virtual Circle { // pure interface
7303     public:
7304         // ...
7305     };
7307     class Impl::Smiley : public virtual ::Smiley, public Impl::Circle {   // implementation
7308     public:
7309         // constructors, destructor
7310         // ...
7311     }
7313 There are now two hierarchies:
7315 * interface: Smiley -> Circle -> Shape
7316 * implementation: Impl::Smiley -> Impl::Circle -> Impl::Shape
7318 Since each implementation is derived from its interface as well as its implementation base class we get a lattice (DAG):
7320     Smiley     ->         Circle     ->  Shape
7321       ^                     ^               ^
7322       |                     |               |
7323     Impl::Smiley -> Impl::Circle -> Impl::Shape
7325 As mentioned, this is just one way to construct a dual hierarchy.
7327 The implementation hierarchy can be used directly, rather than through the abstract interface.
7329     void work_with_shape(Shape&);
7331     int user()
7332     {
7333         Impl::Smiley my_smiley{ /* args */ };   // create concrete shape
7334         // ...
7335         my_smiley.some_member();        // use implementation class directly
7336         // ...
7337         work_with_shape(my_smiley);     // use implementation through abstract interface
7338         // ...
7339     }
7341 This can be useful when the implementation class has members that are not offered in the abstract interface
7342 or if direct use of a member offers optimization opportunities (e.g., if an implementation member function is `final`)
7344 ##### Note
7346 Another (related) technique for separating interface and implementation is [Pimpl](#Ri-pimpl).
7348 ##### Note
7350 There is often a choice between offering common functionality as (implemented) base class functions and free-standing functions
7351 (in an implementation namespace).
7352 Base classes gives a shorter notation and easier access to shared data (in the base)
7353 at the cost of the functionality being available only to users of the hierarchy.
7355 ##### Enforcement
7357 * Flag a derived to base conversion to a base with both data and virtual functions
7358 (except for calls from a derived class member to a base class member)
7359 * ???
7362 ### <a name="Rh-copy"></a>C.130: For making deep copies of polymorphic classes prefer a virtual `clone` function instead of copy construction/assignment
7364 ##### Reason
7366 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).
7368 ##### Example
7370     class B {
7371     public:
7372         virtual owner<B*> clone() = 0;
7373         virtual ~B() = default;
7375         B(const B&) = delete;
7376         B& operator=(const B&) = delete;
7377     };
7379     class D : public B {
7380     public:
7381         owner<D*> clone() override;
7382         ~D() override;
7383     };
7385 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).
7389 ### <a name="Rh-get"></a>C.131: Avoid trivial getters and setters
7391 ##### Reason
7393 A trivial getter or setter adds no semantic value; the data item could just as well be `public`.
7395 ##### Example
7397     class Point {   // Bad: verbose
7398         int x;
7399         int y;
7400     public:
7401         Point(int xx, int yy) : x{xx}, y{yy} { }
7402         int get_x() const { return x; }
7403         void set_x(int xx) { x = xx; }
7404         int get_y() const { return y; }
7405         void set_y(int yy) { y = yy; }
7406         // no behavioral member functions
7407     };
7409 Consider making such a class a `struct` -- that is, a behaviorless bunch of variables, all public data and no member functions.
7411     struct Point {
7412         int x {0};
7413         int y {0};
7414     };
7416 Note that we can put default initializers on member variables: [C.49: Prefer initialization to assignment in constructors](#Rc-initialize).
7418 ##### Note
7420 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.
7422 ##### Enforcement
7424 Flag multiple `get` and `set` member functions that simply access a member without additional semantics.
7426 ### <a name="Rh-virtual"></a>C.132: Don't make a function `virtual` without reason
7428 ##### Reason
7430 Redundant `virtual` increases run-time and object-code size.
7431 A virtual function can be overridden and is thus open to mistakes in a derived class.
7432 A virtual function ensures code replication in a templated hierarchy.
7434 ##### Example, bad
7436     template<class T>
7437     class Vector {
7438     public:
7439         // ...
7440         virtual int size() const { return sz; }   // bad: what good could a derived class do?
7441     private:
7442         T* elem;   // the elements
7443         int sz;    // number of elements
7444     };
7446 This kind of "vector" isn't meant to be used as a base class at all.
7448 ##### Enforcement
7450 * Flag a class with virtual functions but no derived classes.
7451 * Flag a class where all member functions are virtual and have implementations.
7453 ### <a name="Rh-protected"></a>C.133: Avoid `protected` data
7455 ##### Reason
7457 `protected` data is a source of complexity and errors.
7458 `protected` data complicates the statement of invariants.
7459 `protected` data inherently violates the guidance against putting data in base classes, which usually leads to having to deal with virtual inheritance as well.
7461 ##### Example, bad
7463     class Shape {
7464     public:
7465         // ... interface functions ...
7466     protected:
7467         // data for use in derived classes:
7468         Color fill_color;
7469         Color edge_color;
7470         Style st;
7471     };
7473 Now it is up to every derived `Shape` to manipulate the protected data correctly.
7474 This has been popular, but also a major source of maintenance problems.
7475 In a large class hierarchy, the consistent use of protected data is hard to maintain because there can be a lot of code,
7476 spread over a lot of classes.
7477 The set of classes that can touch that data is open: anyone can derive a new class and start manipulating the protected data.
7478 Often, it is not possible to examine the complete set of classes, so any change to the representation of the class becomes infeasible.
7479 There is no enforced invariant for the protected data; it is much like a set of global variables.
7480 The protected data has de facto become global to a large body of code.
7482 ##### Note
7484 Protected data often looks tempting to enable arbitrary improvements through derivation.
7485 Often, what you get is unprincipled changes and errors.
7486 [Prefer `private` data](#Rc-private) with a well-specified and enforced invariant.
7487 Alternative, and often better, [keep data out of any class used as an interface](#Rh-abstract).
7489 ##### Note
7491 Protected member function can be just fine.
7493 ##### Enforcement
7495 Flag classes with `protected` data.
7497 ### <a name="Rh-public"></a>C.134: Ensure all non-`const` data members have the same access level
7499 ##### Reason
7501 Prevention of logical confusion leading to errors.
7502 If the non-`const` data members don't have the same access level, the type is confused about what it's trying to do.
7503 Is it a type that maintains an invariant or simply a collection of values?
7505 ##### Discussion
7507 The core question is: What code is responsible for maintaining a meaningful/correct value for that variable?
7509 There are exactly two kinds of data members:
7511 * A: Ones that don't participate in the object's invariant. Any combination of values for these members is valid.
7512 * 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.
7514 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.
7516 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.
7518 Most classes are either all A or all B:
7520 * *All public*: If you're writing an aggregate bundle-of-variables without an invariant across those variables, then all the variables should be `public`.
7521   [By convention, declare such classes `struct` rather than `class`](#Rc-struct)
7522 * *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.
7524 ##### Exception
7526 Occasionally classes will mix A and B, usually for debug reasons. An encapsulated object might 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`).
7528 ##### Enforcement
7530 Flag any class that has non-`const` data members with different access levels.
7532 ### <a name="Rh-mi-interface"></a>C.135: Use multiple inheritance to represent multiple distinct interfaces
7534 ##### Reason
7536 Not all classes will necessarily support all interfaces, and not all callers will necessarily want to deal with all operations.
7537 Especially to break apart monolithic interfaces into "aspects" of behavior supported by a given derived class.
7539 ##### Example
7541     class iostream : public istream, public ostream {   // very simplified
7542         // ...
7543     };
7545 `istream` provides the interface to input operations; `ostream` provides the interface to output operations.
7546 `iostream` provides the union of the `istream` and `ostream` interfaces and the synchronization needed to allow both on a single stream.
7548 ##### Note
7550 This is a very common use of inheritance because the need for multiple different interfaces to an implementation is common
7551 and such interfaces are often not easily or naturally organized into a single-rooted hierarchy.
7553 ##### Note
7555 Such interfaces are typically abstract classes.
7557 ##### Enforcement
7561 ### <a name="Rh-mi-implementation"></a>C.136: Use multiple inheritance to represent the union of implementation attributes
7563 ##### Reason
7565 Some forms of mixins have state and often operations on that state.
7566 If the operations are virtual the use of inheritance is necessary, if not using inheritance can avoid boilerplate and forwarding.
7568 ##### Example
7570     class iostream : public istream, public ostream {   // very simplified
7571         // ...
7572     };
7574 `istream` provides the interface to input operations (and some data); `ostream` provides the interface to output operations (and some data).
7575 `iostream` provides the union of the `istream` and `ostream` interfaces and the synchronization needed to allow both on a single stream.
7577 ##### Note
7579 This a relatively rare use because implementation can often be organized into a single-rooted hierarchy.
7581 ##### Example
7583 Sometimes, an "implementation attribute" is more like a "mixin" that determine the behavior of an implementation and inject
7584 members to enable the implementation of the policies it requires.
7585 For example, see `std::enable_shared_from_this`
7586 or various bases from boost.intrusive (e.g. `list_base_hook` or `intrusive_ref_counter`).
7588 ##### Enforcement
7592 ### <a name="Rh-vbase"></a>C.137: Use `virtual` bases to avoid overly general base classes
7594 ##### Reason
7596  Allow separation of shared data and interface.
7597  To avoid all shared data to being put into an ultimate base class.
7599 ##### Example
7601     struct Interface {
7602         virtual void f();
7603         virtual int g();
7604         // ... no data here ...
7605     };
7607     class Utility {  // with data
7608         void utility1();
7609         virtual void utility2();    // customization point
7610     public:
7611         int x;
7612         int y;
7613     };
7615     class Derive1 : public Interface, virtual protected Utility {
7616         // override Interface functions
7617         // Maybe override Utility virtual functions
7618         // ...
7619     };
7621     class Derive2 : public Interface, virtual protected Utility {
7622         // override Interface functions
7623         // Maybe override Utility virtual functions
7624         // ...
7625     };
7627 Factoring out `Utility` makes sense if many derived classes share significant "implementation details."
7630 ##### Note
7632 Obviously, the example is too "theoretical", but it is hard to find a *small* realistic example.
7633 `Interface` is the root of an [interface hierarchy](#Rh-abstract)
7634 and `Utility` is the root of an [implementation hierarchy](#Rh-kind).
7635 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.
7637 ##### Note
7639 Often, linearization of a hierarchy is a better solution.
7641 ##### Enforcement
7643 Flag mixed interface and implementation hierarchies.
7645 ### <a name="Rh-using"></a>C.138: Create an overload set for a derived class and its bases with `using`
7647 ##### Reason
7649 Without a using declaration, member functions in the derived class hide the entire inherited overload sets.
7651 ##### Example, bad
7653     #include <iostream>
7654     class B {
7655     public:
7656         virtual int f(int i) { std::cout << "f(int): "; return i; }
7657         virtual double f(double d) { std::cout << "f(double): "; return d; }
7658         virtual ~B() = default;
7659     };
7660     class D: public B {
7661     public:
7662         int f(int i) override { std::cout << "f(int): "; return i + 1; }
7663     };
7664     int main()
7665     {
7666         D d;
7667         std::cout << d.f(2) << '\n';   // prints "f(int): 3"
7668         std::cout << d.f(2.3) << '\n'; // prints "f(int): 3"
7669     }
7671 ##### Example, good
7673     class D: public B {
7674     public:
7675         int f(int i) override { std::cout << "f(int): "; return i + 1; }
7676         using B::f; // exposes f(double)
7677     };
7679 ##### Note
7681 This issue affects both virtual and non-virtual member functions
7683 For variadic bases, C++17 introduced a variadic form of the using-declaration,
7685     template<class... Ts>
7686     struct Overloader : Ts... {
7687         using Ts::operator()...; // exposes operator() from every base
7688     };
7690 ##### Enforcement
7692 Diagnose name hiding
7694 ### <a name="Rh-final"></a>C.139: Use `final` on classes sparingly
7696 ##### Reason
7698 Capping a hierarchy with `final` classes is rarely needed for logical reasons and can be damaging to the extensibility of a hierarchy.
7700 ##### Example, bad
7702     class Widget { /* ... */ };
7704     // nobody will ever want to improve My_widget (or so you thought)
7705     class My_widget final : public Widget { /* ... */ };
7707     class My_improved_widget : public My_widget { /* ... */ };  // error: can't do that
7709 ##### Note
7711 Not every class is meant to be a base class.
7712 Most standard-library classes are examples of that (e.g., `std::vector` and `std::string` are not designed to be derived from).
7713 This rule is about using `final` on classes with virtual functions meant to be interfaces for a class hierarchy.
7715 ##### Note
7717 Capping an individual virtual function with `final` is error-prone as `final` can easily be overlooked when defining/overriding a set of functions.
7718 Fortunately, the compiler catches such mistakes: You cannot re-declare/re-open a `final` member in a derived class.
7720 ##### Note
7722 Claims of performance improvements from `final` should be substantiated.
7723 Too often, such claims are based on conjecture or experience with other languages.
7725 There are examples where `final` can be important for both logical and performance reasons.
7726 One example is a performance-critical AST hierarchy in a compiler or language analysis tool.
7727 New derived classes are not added every year and only by library implementers.
7728 However, misuses are (or at least have been) far more common.
7730 ##### Enforcement
7732 Flag uses of `final` on classes.
7735 ### <a name="Rh-virtual-default-arg"></a>C.140: Do not provide different default arguments for a virtual function and an overrider
7737 ##### Reason
7739 That can cause confusion: An overrider does not inherit default arguments.
7741 ##### Example, bad
7743     class Base {
7744     public:
7745         virtual int multiply(int value, int factor = 2) = 0;
7746         virtual ~Base() = default;
7747     };
7749     class Derived : public Base {
7750     public:
7751         int multiply(int value, int factor = 10) override;
7752     };
7754     Derived d;
7755     Base& b = d;
7757     b.multiply(10);  // these two calls will call the same function but
7758     d.multiply(10);  // with different arguments and so different results
7760 ##### Enforcement
7762 Flag default arguments on virtual functions if they differ between base and derived declarations.
7764 ## C.hier-access: Accessing objects in a hierarchy
7766 ### <a name="Rh-poly"></a>C.145: Access polymorphic objects through pointers and references
7768 ##### Reason
7770 If you have a class with a virtual function, you don't (in general) know which class provided the function to be used.
7772 ##### Example
7774     struct B { int a; virtual int f(); virtual ~B() = default };
7775     struct D : B { int b; int f() override; };
7777     void use(B b)
7778     {
7779         D d;
7780         B b2 = d;   // slice
7781         B b3 = b;
7782     }
7784     void use2()
7785     {
7786         D d;
7787         use(d);   // slice
7788     }
7790 Both `d`s are sliced.
7792 ##### Exception
7794 You can safely access a named polymorphic object in the scope of its definition, just don't slice it.
7796     void use3()
7797     {
7798         D d;
7799         d.f();   // OK
7800     }
7802 ##### See also
7804 [A polymorphic class should suppress copying](#Rc-copy-virtual)
7806 ##### Enforcement
7808 Flag all slicing.
7810 ### <a name="Rh-dynamic_cast"></a>C.146: Use `dynamic_cast` where class hierarchy navigation is unavoidable
7812 ##### Reason
7814 `dynamic_cast` is checked at run time.
7816 ##### Example
7818     struct B {   // an interface
7819         virtual void f();
7820         virtual void g();
7821         virtual ~B();
7822     };
7824     struct D : B {   // a wider interface
7825         void f() override;
7826         virtual void h();
7827     };
7829     void user(B* pb)
7830     {
7831         if (D* pd = dynamic_cast<D*>(pb)) {
7832             // ... use D's interface ...
7833         }
7834         else {
7835             // ... make do with B's interface ...
7836         }
7837     }
7839 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`:
7841     void user2(B* pb)   // bad
7842     {
7843         D* pd = static_cast<D*>(pb);    // I know that pb really points to a D; trust me
7844         // ... use D's interface ...
7845     }
7847     void user3(B* pb)    // unsafe
7848     {
7849         if (some_condition) {
7850             D* pd = static_cast<D*>(pb);   // I know that pb really points to a D; trust me
7851             // ... use D's interface ...
7852         }
7853         else {
7854             // ... make do with B's interface ...
7855         }
7856     }
7858     void f()
7859     {
7860         B b;
7861         user(&b);   // OK
7862         user2(&b);  // bad error
7863         user3(&b);  // OK *if* the programmer got the some_condition check right
7864     }
7866 ##### Note
7868 Like other casts, `dynamic_cast` is overused.
7869 [Prefer virtual functions to casting](#Rh-use-virtual).
7870 Prefer [static polymorphism](#???) to hierarchy navigation where it is possible (no run-time resolution necessary)
7871 and reasonably convenient.
7873 ##### Note
7875 Some people use `dynamic_cast` where a `typeid` would have been more appropriate;
7876 `dynamic_cast` is a general "is kind of" operation for discovering the best interface to an object,
7877 whereas `typeid` is a "give me the exact type of this object" operation to discover the actual type of an object.
7878 The latter is an inherently simpler operation that ought to be faster.
7879 The latter (`typeid`) is easily hand-crafted if necessary (e.g., if working on a system where RTTI is -- for some reason -- prohibited),
7880 the former (`dynamic_cast`) is far harder to implement correctly in general.
7882 Consider:
7884     struct B {
7885         const char* name {"B"};
7886         // if pb1->id() == pb2->id() *pb1 is the same type as *pb2
7887         virtual const char* id() const { return name; }
7888         // ...
7889     };
7891     struct D : B {
7892         const char* name {"D"};
7893         const char* id() const override { return name; }
7894         // ...
7895     };
7897     void use()
7898     {
7899         B* pb1 = new B;
7900         B* pb2 = new D;
7902         cout << pb1->id(); // "B"
7903         cout << pb2->id(); // "D"
7906         if (pb1->id() == "D") {         // looks innocent
7907             D* pd = static_cast<D*>(pb1);
7908             // ...
7909         }
7910         // ...
7911     }
7913 The result of `pb2->id() == "D"` is actually implementation defined.
7914 We added it to warn of the dangers of home-brew RTTI.
7915 This code might work as expected for years, just to fail on a new machine, new compiler, or a new linker that does not unify character literals.
7917 If you implement your own RTTI, be careful.
7919 ##### Exception
7921 If your implementation provided a really slow `dynamic_cast`, you might have to use a workaround.
7922 However, all workarounds that cannot be statically resolved involve explicit casting (typically `static_cast`) and are error-prone.
7923 You will basically be crafting your own special-purpose `dynamic_cast`.
7924 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)
7925 and that your use of `dynamic_cast` is really performance critical.
7927 We are of the opinion that current implementations of `dynamic_cast` are unnecessarily slow.
7928 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).
7929 However, compatibility makes changes difficult even if all agree that an effort to optimize is worthwhile.
7931 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.
7933 ##### Exception
7935 Consider:
7937     template<typename B>
7938     class Dx : B {
7939         // ...
7940     };
7942 ##### Enforcement
7944 * Flag all uses of `static_cast` for downcasts, including C-style casts that perform a `static_cast`.
7945 * This rule is part of the [type-safety profile](#Pro-type-downcast).
7947 ### <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
7949 ##### Reason
7951 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.
7953 ##### Example
7955     ???
7957 ##### Enforcement
7961 ### <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
7963 ##### Reason
7965 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.
7967 Contrast with [C.147](#Rh-ptr-cast), where failure is an error, and should not be used for conditional execution.
7969 ##### Example
7971 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.
7972 In this example, `Shape` does not inherit from `Geometric_attributes`. Only its subclasses do.
7974     void add(Shape* const item)
7975     {
7976       // Ownership is always taken
7977       owned_shapes.emplace_back(item);
7979       // Check the Geometric_attributes and add the shape to none/one/some/all of the views
7981       if (auto even = dynamic_cast<Even_sided*>(item))
7982       {
7983         view_of_evens.emplace_back(even);
7984       }
7986       if (auto trisym = dynamic_cast<Trilaterally_symmetrical*>(item))
7987       {
7988         view_of_trisyms.emplace_back(trisym);
7989       }
7990     }
7992 ##### Notes
7994 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.
7995 Therefore the result of the `dynamic_cast` should always be treated as if it might contain a null value, and tested.
7997 ##### Enforcement
7999 * (Complex) Unless there is a null test on the result of a `dynamic_cast` of a pointer type, warn upon dereference of the pointer.
8001 ### <a name="Rh-smart"></a>C.149: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to avoid forgetting to `delete` objects created using `new`
8003 ##### Reason
8005 Avoid resource leaks.
8007 ##### Example
8009     void use(int i)
8010     {
8011         auto p = new int {7};           // bad: initialize local pointers with new
8012         auto q = make_unique<int>(9);   // ok: guarantee the release of the memory-allocated for 9
8013         if (0 < i) return;              // maybe return and leak
8014         delete p;                       // too late
8015     }
8017 ##### Enforcement
8019 * Flag initialization of a naked pointer with the result of a `new`
8020 * Flag `delete` of local variable
8022 ### <a name="Rh-make_unique"></a>C.150: Use `make_unique()` to construct objects owned by `unique_ptr`s
8024 See [R.23](#Rr-make_unique)
8026 ### <a name="Rh-make_shared"></a>C.151: Use `make_shared()` to construct objects owned by `shared_ptr`s
8028 See [R.22](#Rr-make_shared)
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 might 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, function templates, 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 might 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 might 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 in 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 conclusive 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 might 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, string_view 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, string_view 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(string_view 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](#Re-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 might 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 might 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 might 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 might be latent: it might 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 might 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` might 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 might 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<X> p2 { new X };   // unique ownership; see also ???
9498         shared_ptr<X> 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 `make_shared` gives a more concise statement of the construction.
9544 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.
9546 ##### Example
9548 Consider:
9550     shared_ptr<X> p1 { new X{2} }; // bad
9551     auto p = make_shared<X>(2);    // good
9553 The `make_shared()` version mentions `X` only once, so it is usually shorter (as well as faster) than the version with the explicit `new`.
9555 ##### Enforcement
9557 (Simple) Warn if a `shared_ptr` is constructed from the result of `new` rather than `make_shared`.
9559 ### <a name="Rr-make_unique"></a>R.23: Use `make_unique()` to make `unique_ptr`s
9561 ##### Reason
9563 `make_unique` gives a more concise statement of the construction.
9564 It also ensures exception safety in complex expressions.
9566 ##### Example
9568     unique_ptr<Foo> p {new Foo{7}};    // OK: but repetitive
9570     auto q = make_unique<Foo>(7);      // Better: no repetition of Foo
9572 ##### Enforcement
9574 (Simple) Warn if a `unique_ptr` is constructed from the result of `new` rather than `make_unique`.
9576 ### <a name="Rr-weak_ptr"></a>R.24: Use `std::weak_ptr` to break cycles of `shared_ptr`s
9578 ##### Reason
9580  `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
9581 be able to destroy a cyclic structure.
9583 ##### Example
9585     #include <memory>
9587     class bar;
9589     class foo {
9590     public:
9591       explicit foo(const std::shared_ptr<bar>& forward_reference)
9592         : forward_reference_(forward_reference)
9593       { }
9594     private:
9595       std::shared_ptr<bar> forward_reference_;
9596     };
9598     class bar {
9599     public:
9600       explicit bar(const std::weak_ptr<foo>& back_reference)
9601         : back_reference_(back_reference)
9602       { }
9603       void do_something()
9604       {
9605         if (auto shared_back_reference = back_reference_.lock()) {
9606           // Use *shared_back_reference
9607         }
9608       }
9609     private:
9610       std::weak_ptr<foo> back_reference_;
9611     };
9613 ##### Note
9615  ??? (HS: A lot of people say "to break cycles", while I think "temporary shared ownership" is more to the point.)
9616 ???(BS: breaking cycles is what you must do; temporarily sharing ownership is how you do it.
9617 You could "temporarily share ownership" simply by using another `shared_ptr`.)
9619 ##### Enforcement
9621 ??? probably impossible. If we could statically detect cycles, we wouldn't need `weak_ptr`
9623 ### <a name="Rr-smartptrparam"></a>R.30: Take smart pointers as parameters only to explicitly express lifetime semantics
9625 See [F.7](#Rf-smart).
9627 ### <a name="Rr-smart"></a>R.31: If you have non-`std` smart pointers, follow the basic pattern from `std`
9629 ##### Reason
9631 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.
9632 You want the rules to work on all the smart pointers you use.
9634 Any type (including primary template or specialization) that overloads unary `*` and `->` is considered a smart pointer:
9636 * If it is copyable, it is recognized as a reference-counted `shared_ptr`.
9637 * If it is not copyable, it is recognized as a unique `unique_ptr`.
9639 ##### Example, bad
9641     // use Boost's intrusive_ptr
9642     #include <boost/intrusive_ptr.hpp>
9643     void f(boost::intrusive_ptr<widget> p)  // error under rule 'sharedptrparam'
9644     {
9645         p->foo();
9646     }
9648     // use Microsoft's CComPtr
9649     #include <atlbase.h>
9650     void f(CComPtr<widget> p)               // error under rule 'sharedptrparam'
9651     {
9652         p->foo();
9653     }
9655 Both cases are an error under the [`sharedptrparam` guideline](#Rr-smartptrparam):
9656 `p` is a `Shared_pointer`, but nothing about its sharedness is used here and passing it by value is a silent pessimization;
9657 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&`.
9658 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.
9660 ### <a name="Rr-uniqueptrparam"></a>R.32: Take a `unique_ptr<widget>` parameter to express that a function assumes ownership of a `widget`
9662 ##### Reason
9664 Using `unique_ptr` in this way both documents and enforces the function call's ownership transfer.
9666 ##### Example
9668     void sink(unique_ptr<widget>); // takes ownership of the widget
9670     void uses(widget*);            // just uses the widget
9672 ##### Example, bad
9674     void thinko(const unique_ptr<widget>&); // usually not what you want
9676 ##### Enforcement
9678 * (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.
9679 * (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.
9681 ### <a name="Rr-reseat"></a>R.33: Take a `unique_ptr<widget>&` parameter to express that a function reseats the`widget`
9683 ##### Reason
9685 Using `unique_ptr` in this way both documents and enforces the function call's reseating semantics.
9687 ##### Note
9689 "reseat" means "making a pointer or a smart pointer refer to a different object."
9691 ##### Example
9693     void reseat(unique_ptr<widget>&); // "will" or "might" reseat pointer
9695 ##### Example, bad
9697     void thinko(const unique_ptr<widget>&); // usually not what you want
9699 ##### Enforcement
9701 * (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.
9702 * (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.
9704 ### <a name="Rr-sharedptrparam-owner"></a>R.34: Take a `shared_ptr<widget>` parameter to express that a function is part owner
9706 ##### Reason
9708 This makes the function's ownership sharing explicit.
9710 ##### Example, good
9712     void share(shared_ptr<widget>);            // share -- "will" retain refcount
9714     void may_share(const shared_ptr<widget>&); // "might" retain refcount
9716     void reseat(shared_ptr<widget>&);          // "might" reseat ptr
9718 ##### Enforcement
9720 * (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.
9721 * (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.
9722 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_pointer<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
9724 ### <a name="Rr-sharedptrparam"></a>R.35: Take a `shared_ptr<widget>&` parameter to express that a function might reseat the shared pointer
9726 ##### Reason
9728 This makes the function's reseating explicit.
9730 ##### Note
9732 "reseat" means "making a reference or a smart pointer refer to a different object."
9734 ##### Example, good
9736     void share(shared_ptr<widget>);            // share -- "will" retain refcount
9738     void reseat(shared_ptr<widget>&);          // "might" reseat ptr
9740     void may_share(const shared_ptr<widget>&); // "might" retain refcount
9742 ##### Enforcement
9744 * (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.
9745 * (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.
9746 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_pointer<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
9748 ### <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 ???
9750 ##### Reason
9752 This makes the function's ??? explicit.
9754 ##### Example, good
9756     void share(shared_ptr<widget>);            // share -- "will" retain refcount
9758     void reseat(shared_ptr<widget>&);          // "might" reseat ptr
9760     void may_share(const shared_ptr<widget>&); // "might" retain refcount
9762 ##### Enforcement
9764 * (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.
9765 * (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.
9766 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_pointer<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
9768 ### <a name="Rr-smartptrget"></a>R.37: Do not pass a pointer or reference obtained from an aliased smart pointer
9770 ##### Reason
9772 Violating this rule is the number one cause of losing reference counts and finding yourself with a dangling pointer.
9773 Functions should prefer to pass raw pointers and references down call chains.
9774 At the top of the call tree where you obtain the raw pointer or reference from a smart pointer that keeps the object alive.
9775 You need to be sure that the smart pointer cannot inadvertently be reset or reassigned from within the call tree below.
9777 ##### Note
9779 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.
9781 ##### Example
9783 Consider this code:
9785     // global (static or heap), or aliased local ...
9786     shared_ptr<widget> g_p = ...;
9788     void f(widget& w)
9789     {
9790         g();
9791         use(w);  // A
9792     }
9794     void g()
9795     {
9796         g_p = ...; // oops, if this was the last shared_ptr to that widget, destroys the widget
9797     }
9799 The following should not pass code review:
9801     void my_code()
9802     {
9803         // BAD: passing pointer or reference obtained from a non-local smart pointer
9804         //      that could be inadvertently reset somewhere inside f or its callees
9805         f(*g_p);
9807         // BAD: same reason, just passing it as a "this" pointer
9808         g_p->func();
9809     }
9811 The fix is simple -- take a local copy of the pointer to "keep a ref count" for your call tree:
9813     void my_code()
9814     {
9815         // cheap: 1 increment covers this entire function and all the call trees below us
9816         auto pin = g_p;
9818         // GOOD: passing pointer or reference obtained from a local unaliased smart pointer
9819         f(*pin);
9821         // GOOD: same reason
9822         pin->func();
9823     }
9825 ##### Enforcement
9827 * (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.
9829 # <a name="S-expr"></a>ES: Expressions and statements
9831 Expressions and statements are the lowest and most direct way of expressing actions and computation. Declarations in local scopes are statements.
9833 For naming, commenting, and indentation rules, see [NL: Naming and layout](#S-naming).
9835 General rules:
9837 * [ES.1: Prefer the standard library to other libraries and to "handcrafted code"](#Res-lib)
9838 * [ES.2: Prefer suitable abstractions to direct use of language features](#Res-abstr)
9839 * [ES.3: Don't repeat yourself, avoid redundant code](#Res-DRY)
9841 Declaration rules:
9843 * [ES.5: Keep scopes small](#Res-scope)
9844 * [ES.6: Declare names in for-statement initializers and conditions to limit scope](#Res-cond)
9845 * [ES.7: Keep common and local names short, and keep uncommon and non-local names longer](#Res-name-length)
9846 * [ES.8: Avoid similar-looking names](#Res-name-similar)
9847 * [ES.9: Avoid `ALL_CAPS` names](#Res-not-CAPS)
9848 * [ES.10: Declare one name (only) per declaration](#Res-name-one)
9849 * [ES.11: Use `auto` to avoid redundant repetition of type names](#Res-auto)
9850 * [ES.12: Do not reuse names in nested scopes](#Res-reuse)
9851 * [ES.20: Always initialize an object](#Res-always)
9852 * [ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it](#Res-introduce)
9853 * [ES.22: Don't declare a variable until you have a value to initialize it with](#Res-init)
9854 * [ES.23: Prefer the `{}`-initializer syntax](#Res-list)
9855 * [ES.24: Use a `unique_ptr<T>` to hold pointers](#Res-unique)
9856 * [ES.25: Declare an object `const` or `constexpr` unless you want to modify its value later on](#Res-const)
9857 * [ES.26: Don't use a variable for two unrelated purposes](#Res-recycle)
9858 * [ES.27: Use `std::array` or `stack_array` for arrays on the stack](#Res-stack)
9859 * [ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables](#Res-lambda-init)
9860 * [ES.30: Don't use macros for program text manipulation](#Res-macros)
9861 * [ES.31: Don't use macros for constants or "functions"](#Res-macros2)
9862 * [ES.32: Use `ALL_CAPS` for all macro names](#Res-ALL_CAPS)
9863 * [ES.33: If you must use macros, give them unique names](#Res-MACROS)
9864 * [ES.34: Don't define a (C-style) variadic function](#Res-ellipses)
9866 Expression rules:
9868 * [ES.40: Avoid complicated expressions](#Res-complicated)
9869 * [ES.41: If in doubt about operator precedence, parenthesize](#Res-parens)
9870 * [ES.42: Keep use of pointers simple and straightforward](#Res-ptr)
9871 * [ES.43: Avoid expressions with undefined order of evaluation](#Res-order)
9872 * [ES.44: Don't depend on order of evaluation of function arguments](#Res-order-fct)
9873 * [ES.45: Avoid "magic constants"; use symbolic constants](#Res-magic)
9874 * [ES.46: Avoid narrowing conversions](#Res-narrowing)
9875 * [ES.47: Use `nullptr` rather than `0` or `NULL`](#Res-nullptr)
9876 * [ES.48: Avoid casts](#Res-casts)
9877 * [ES.49: If you must use a cast, use a named cast](#Res-casts-named)
9878 * [ES.50: Don't cast away `const`](#Res-casts-const)
9879 * [ES.55: Avoid the need for range checking](#Res-range-checking)
9880 * [ES.56: Write `std::move()` only when you need to explicitly move an object to another scope](#Res-move)
9881 * [ES.60: Avoid `new` and `delete` outside resource management functions](#Res-new)
9882 * [ES.61: Delete arrays using `delete[]` and non-arrays using `delete`](#Res-del)
9883 * [ES.62: Don't compare pointers into different arrays](#Res-arr2)
9884 * [ES.63: Don't slice](#Res-slice)
9885 * [ES.64: Use the `T{e}`notation for construction](#Res-construct)
9886 * [ES.65: Don't dereference an invalid pointer](#Res-deref)
9888 Statement rules:
9890 * [ES.70: Prefer a `switch`-statement to an `if`-statement when there is a choice](#Res-switch-if)
9891 * [ES.71: Prefer a range-`for`-statement to a `for`-statement when there is a choice](#Res-for-range)
9892 * [ES.72: Prefer a `for`-statement to a `while`-statement when there is an obvious loop variable](#Res-for-while)
9893 * [ES.73: Prefer a `while`-statement to a `for`-statement when there is no obvious loop variable](#Res-while-for)
9894 * [ES.74: Prefer to declare a loop variable in the initializer part of a `for`-statement](#Res-for-init)
9895 * [ES.75: Avoid `do`-statements](#Res-do)
9896 * [ES.76: Avoid `goto`](#Res-goto)
9897 * [ES.77: Minimize the use of `break` and `continue` in loops](#Res-continue)
9898 * [ES.78: Don't rely on implicit fallthrough in `switch` statements](#Res-break)
9899 * [ES.79: Use `default` to handle common cases (only)](#Res-default)
9900 * [ES.84: Don't try to declare a local variable with no name](#Res-noname)
9901 * [ES.85: Make empty statements visible](#Res-empty)
9902 * [ES.86: Avoid modifying loop control variables inside the body of raw for-loops](#Res-loop-counter)
9903 * [ES.87: Don't add redundant `==` or `!=` to conditions](#Res-if)
9905 Arithmetic rules:
9907 * [ES.100: Don't mix signed and unsigned arithmetic](#Res-mix)
9908 * [ES.101: Use unsigned types for bit manipulation](#Res-unsigned)
9909 * [ES.102: Use signed types for arithmetic](#Res-signed)
9910 * [ES.103: Don't overflow](#Res-overflow)
9911 * [ES.104: Don't underflow](#Res-underflow)
9912 * [ES.105: Don't divide by integer zero](#Res-zero)
9913 * [ES.106: Don't try to avoid negative values by using `unsigned`](#Res-nonnegative)
9914 * [ES.107: Don't use `unsigned` for subscripts, prefer `gsl::index`](#Res-subscripts)
9916 ### <a name="Res-lib"></a>ES.1: Prefer the standard library to other libraries and to "handcrafted code"
9918 ##### Reason
9920 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.
9921 The ISO C++ Standard Library is among the most widely known and best tested libraries.
9922 It is available as part of all C++ implementations.
9924 ##### Example
9926     auto sum = accumulate(begin(a), end(a), 0.0);   // good
9928 a range version of `accumulate` would be even better:
9930     auto sum = accumulate(v, 0.0); // better
9932 but don't hand-code a well-known algorithm:
9934     int max = v.size();   // bad: verbose, purpose unstated
9935     double sum = 0.0;
9936     for (int i = 0; i < max; ++i)
9937         sum = sum + v[i];
9939 ##### Exception
9941 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.
9943 ##### Enforcement
9945 Not easy. ??? Look for messy loops, nested loops, long functions, absence of function calls, lack of use of non-built-in types. Cyclomatic complexity?
9947 ### <a name="Res-abstr"></a>ES.2: Prefer suitable abstractions to direct use of language features
9949 ##### Reason
9951 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.
9953 ##### Example
9955     vector<string> read1(istream& is)   // good
9956     {
9957         vector<string> res;
9958         for (string s; is >> s;)
9959             res.push_back(s);
9960         return res;
9961     }
9963 The more traditional and lower-level near-equivalent is longer, messier, harder to get right, and most likely slower:
9965     char** read2(istream& is, int maxelem, int maxstring, int* nread)   // bad: verbose and incomplete
9966     {
9967         auto res = new char*[maxelem];
9968         int elemcount = 0;
9969         while (is && elemcount < maxelem) {
9970             auto s = new char[maxstring];
9971             is.read(s, maxstring);
9972             res[elemcount++] = s;
9973         }
9974         nread = &elemcount;
9975         return res;
9976     }
9978 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.
9980 ##### Enforcement
9982 Not easy. ??? Look for messy loops, nested loops, long functions, absence of function calls, lack of use of non-built-in types. Cyclomatic complexity?
9984 ### <a name="Res-DRY"></a>ES.3: Don't repeat yourself, avoid redundant code
9986 Duplicated or otherwise redundant code obscures intent, makes it harder to understand the logic, and makes maintenance harder, among other problems. It often arises from cut-and-paste programming.
9988 Use standard algorithms where appropriate, instead of writing some own implementation.
9990 **See also**: [SL.1](#Rsl-lib), [ES.11](#Res-auto)
9992 ##### Example
9994     void func(bool flag)    // Bad, duplicated code.
9995     {
9996         if (flag) {
9997             x();
9998             y();
9999         }
10000         else {
10001             x();
10002             z();
10003         }
10004     }
10006     void func(bool flag)    // Better, no duplicated code.
10007     {
10008         x();
10010         if (flag)
10011             y();
10012         else
10013             z();
10014     }
10017 ##### Enforcement
10019 * Use a static analyzer. It will catch at least some redundant constructs.
10020 * Code review
10022 ## ES.dcl: Declarations
10024 A declaration is a statement. A declaration introduces a name into a scope and might cause the construction of a named object.
10026 ### <a name="Res-scope"></a>ES.5: Keep scopes small
10028 ##### Reason
10030 Readability. Minimize resource retention. Avoid accidental misuse of value.
10032 **Alternative formulation**: Don't declare a name in an unnecessarily large scope.
10034 ##### Example
10036     void use()
10037     {
10038         int i;    // bad: i is needlessly accessible after loop
10039         for (i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }
10040         // no intended use of i here
10041         for (int i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }  // good: i is local to for-loop
10043         if (auto pc = dynamic_cast<Circle*>(ps)) {  // good: pc is local to if-statement
10044             // ... deal with Circle ...
10045         }
10046         else {
10047             // ... handle error ...
10048         }
10049     }
10051 ##### Example, bad
10053     void use(const string& name)
10054     {
10055         string fn = name + ".txt";
10056         ifstream is {fn};
10057         Record r;
10058         is >> r;
10059         // ... 200 lines of code without intended use of fn or is ...
10060     }
10062 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`
10063 are retained for much longer than needed and that unanticipated use of `is` and `fn` could happen later in the function.
10064 In this case, it might be a good idea to factor out the read:
10066     Record load_record(const string& name)
10067     {
10068         string fn = name + ".txt";
10069         ifstream is {fn};
10070         Record r;
10071         is >> r;
10072         return r;
10073     }
10075     void use(const string& name)
10076     {
10077         Record r = load_record(name);
10078         // ... 200 lines of code ...
10079     }
10081 ##### Enforcement
10083 * Flag loop variable declared outside a loop and not used after the loop
10084 * Flag when expensive resources, such as file handles and locks are not used for N-lines (for some suitable N)
10086 ### <a name="Res-cond"></a>ES.6: Declare names in for-statement initializers and conditions to limit scope
10088 ##### Reason
10090 Readability. Minimize resource retention.
10092 ##### Example
10094     void use()
10095     {
10096         for (string s; cin >> s;)
10097             v.push_back(s);
10099         for (int i = 0; i < 20; ++i) {   // good: i is local to for-loop
10100             // ...
10101         }
10103         if (auto pc = dynamic_cast<Circle*>(ps)) {   // good: pc is local to if-statement
10104             // ... deal with Circle ...
10105         }
10106         else {
10107             // ... handle error ...
10108         }
10109     }
10111 ##### Enforcement
10113 * Flag loop variables declared before the loop and not used after the loop
10114 * (hard) Flag loop variables declared before the loop and used after the loop for an unrelated purpose.
10116 ##### C++17 and C++20 example
10118 Note: C++17 and C++20 also add `if`, `switch`, and range-`for` initializer statements. These require C++17 and C++20 support.
10120     map<int, string> mymap;
10122     if (auto result = mymap.insert(value); result.second) {
10123         // insert succeeded, and result is valid for this block
10124         use(result.first);  // ok
10125         // ...
10126     } // result is destroyed here
10128 ##### C++17 and C++20 enforcement (if using a C++17 or C++20 compiler)
10130 * Flag selection/loop variables declared before the body and not used after the body
10131 * (hard) Flag selection/loop variables declared before the body and used after the body for an unrelated purpose.
10135 ### <a name="Res-name-length"></a>ES.7: Keep common and local names short, and keep uncommon and non-local names longer
10137 ##### Reason
10139 Readability. Lowering the chance of clashes between unrelated non-local names.
10141 ##### Example
10143 Conventional short, local names increase readability:
10145     template<typename T>    // good
10146     void print(ostream& os, const vector<T>& v)
10147     {
10148         for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i)
10149             os << v[i] << '\n';
10150     }
10152 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
10154     template<typename Element_type>   // bad: verbose, hard to read
10155     void print(ostream& target_stream, const vector<Element_type>& current_vector)
10156     {
10157         for (gsl::index current_element_index = 0;
10158              current_element_index < current_vector.size();
10159              ++current_element_index
10160         )
10161         target_stream << current_vector[current_element_index] << '\n';
10162     }
10164 Yes, it is a caricature, but we have seen worse.
10166 ##### Example
10168 Unconventional and short non-local names obscure code:
10170     void use1(const string& s)
10171     {
10172         // ...
10173         tt(s);   // bad: what is tt()?
10174         // ...
10175     }
10177 Better, give non-local entities readable names:
10179     void use1(const string& s)
10180     {
10181         // ...
10182         trim_tail(s);   // better
10183         // ...
10184     }
10186 Here, there is a chance that the reader knows what `trim_tail` means and that the reader can remember it after looking it up.
10188 ##### Example, bad
10190 Argument names of large functions are de facto non-local and should be meaningful:
10192     void complicated_algorithm(vector<Record>& vr, const vector<int>& vi, map<string, int>& out)
10193     // read from events in vr (marking used Records) for the indices in
10194     // vi placing (name, index) pairs into out
10195     {
10196         // ... 500 lines of code using vr, vi, and out ...
10197     }
10199 We recommend keeping functions short, but that rule isn't universally adhered to and naming should reflect that.
10201 ##### Enforcement
10203 Check length of local and non-local names. Also take function length into account.
10205 ### <a name="Res-name-similar"></a>ES.8: Avoid similar-looking names
10207 ##### Reason
10209 Code clarity and readability. Too-similar names slow down comprehension and increase the likelihood of error.
10211 ##### Example, bad
10213     if (readable(i1 + l1 + ol + o1 + o0 + ol + o1 + I0 + l0)) surprise();
10215 ##### Example, bad
10217 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.
10219     struct foo { int n; };
10220     struct foo foo();       // BAD, foo is a type already in scope
10221     struct foo x = foo();   // requires disambiguation
10223 ##### Exception
10225 Antique header files might declare non-types and types with the same name in the same scope.
10227 ##### Enforcement
10229 * Check names against a list of known confusing letter and digit combinations.
10230 * Flag a declaration of a variable, function, or enumerator that hides a class or enumeration declared in the same scope.
10232 ### <a name="Res-not-CAPS"></a>ES.9: Avoid `ALL_CAPS` names
10234 ##### Reason
10236 Such names are commonly used for macros. Thus, `ALL_CAPS` name are vulnerable to unintended macro substitution.
10238 ##### Example
10240     // somewhere in some header:
10241     #define NE !=
10243     // somewhere else in some other header:
10244     enum Coord { N, NE, NW, S, SE, SW, E, W };
10246     // somewhere third in some poor programmer's .cpp:
10247     switch (direction) {
10248     case N:
10249         // ...
10250     case NE:
10251         // ...
10252     // ...
10253     }
10255 ##### Note
10257 Do not use `ALL_CAPS` for constants just because constants used to be macros.
10259 ##### Enforcement
10261 Flag all uses of ALL CAPS. For older code, accept ALL CAPS for macro names and flag all non-ALL-CAPS macro names.
10263 ### <a name="Res-name-one"></a>ES.10: Declare one name (only) per declaration
10265 ##### Reason
10267 One declaration per line increases readability and avoids mistakes related to
10268 the C/C++ grammar. It also leaves room for a more descriptive end-of-line
10269 comment.
10271 ##### Example, bad
10273     char *p, c, a[7], *pp[7], **aa[10];   // yuck!
10275 ##### Exception
10277 A function declaration can contain several function argument declarations.
10279 ##### Exception
10281 A structured binding (C++17) is specifically designed to introduce several variables:
10283     auto [iter, inserted] = m.insert_or_assign(k, val);
10284     if (inserted) { /* new entry was inserted */ }
10286 ##### Example
10288     template<class InputIterator, class Predicate>
10289     bool any_of(InputIterator first, InputIterator last, Predicate pred);
10291 or better using concepts:
10293     bool any_of(InputIterator first, InputIterator last, Predicate pred);
10295 ##### Example
10297     double scalbn(double x, int n);   // OK: x * pow(FLT_RADIX, n); FLT_RADIX is usually 2
10301     double scalbn(    // better: x * pow(FLT_RADIX, n); FLT_RADIX is usually 2
10302         double x,     // base value
10303         int n         // exponent
10304     );
10308     // better: base * pow(FLT_RADIX, exponent); FLT_RADIX is usually 2
10309     double scalbn(double base, int exponent);
10311 ##### Example
10313     int a = 10, b = 11, c = 12, d, e = 14, f = 15;
10315 In a long list of declarators it is easy to overlook an uninitialized variable.
10317 ##### Enforcement
10319 Flag variable and constant declarations with multiple declarators (e.g., `int* p, q;`)
10321 ### <a name="Res-auto"></a>ES.11: Use `auto` to avoid redundant repetition of type names
10323 ##### Reason
10325 * Simple repetition is tedious and error-prone.
10326 * When you use `auto`, the name of the declared entity is in a fixed position in the declaration, increasing readability.
10327 * In a function template declaration the return type can be a member type.
10329 ##### Example
10331 Consider:
10333     auto p = v.begin();   // vector<int>::iterator
10334     auto h = t.future();
10335     auto q = make_unique<int[]>(s);
10336     auto f = [](int x) { return x + 10; };
10338 In each case, we save writing a longish, hard-to-remember type that the compiler already knows but a programmer could get wrong.
10340 ##### Example
10342     template<class T>
10343     auto Container<T>::first() -> Iterator;   // Container<T>::Iterator
10345 ##### Exception
10347 Avoid `auto` for initializer lists and in cases where you know exactly which type you want and where an initializer might require conversion.
10349 ##### Example
10351     auto lst = { 1, 2, 3 };   // lst is an initializer list
10352     auto x{1};   // x is an int (in C++17; initializer_list in C++11)
10354 ##### Note
10356 When concepts become available, we can (and should) be more specific about the type we are deducing:
10358     // ...
10359     ForwardIterator p = algo(x, y, z);
10361 ##### Example (C++17)
10363     auto [ quotient, remainder ] = div(123456, 73);   // break out the members of the div_t result
10365 ##### Enforcement
10367 Flag redundant repetition of type names in a declaration.
10369 ### <a name="Res-reuse"></a>ES.12: Do not reuse names in nested scopes
10371 ##### Reason
10373 It is easy to get confused about which variable is used.
10374 Can cause maintenance problems.
10376 ##### Example, bad
10378     int d = 0;
10379     // ...
10380     if (cond) {
10381         // ...
10382         d = 9;
10383         // ...
10384     }
10385     else {
10386         // ...
10387         int d = 7;
10388         // ...
10389         d = value_to_be_returned;
10390         // ...
10391     }
10393     return d;
10395 If this is a large `if`-statement, it is easy to overlook that a new `d` has been introduced in the inner scope.
10396 This is a known source of bugs.
10397 Sometimes such reuse of a name in an inner scope is called "shadowing".
10399 ##### Note
10401 Shadowing is primarily a problem when functions are too large and too complex.
10403 ##### Example
10405 Shadowing of function arguments in the outermost block is disallowed by the language:
10407     void f(int x)
10408     {
10409         int x = 4;  // error: reuse of function argument name
10411         if (x) {
10412             int x = 7;  // allowed, but bad
10413             // ...
10414         }
10415     }
10417 ##### Example, bad
10419 Reuse of a member name as a local variable can also be a problem:
10421     struct S {
10422         int m;
10423         void f(int x);
10424     };
10426     void S::f(int x)
10427     {
10428         m = 7;    // assign to member
10429         if (x) {
10430             int m = 9;
10431             // ...
10432             m = 99; // assign to local variable
10433             // ...
10434         }
10435     }
10437 ##### Exception
10439 We often reuse function names from a base class in a derived class:
10441     struct B {
10442         void f(int);
10443     };
10445     struct D : B {
10446         void f(double);
10447         using B::f;
10448     };
10450 This is error-prone.
10451 For example, had we forgotten the using declaration, a call `d.f(1)` would not have found the `int` version of `f`.
10453 ??? Do we need a specific rule about shadowing/hiding in class hierarchies?
10455 ##### Enforcement
10457 * Flag reuse of a name in nested local scopes
10458 * Flag reuse of a member name as a local variable in a member function
10459 * Flag reuse of a global name as a local variable or a member name
10460 * Flag reuse of a base class member name in a derived class (except for function names)
10462 ### <a name="Res-always"></a>ES.20: Always initialize an object
10464 ##### Reason
10466 Avoid used-before-set errors and their associated undefined behavior.
10467 Avoid problems with comprehension of complex initialization.
10468 Simplify refactoring.
10470 ##### Example
10472     void use(int arg)
10473     {
10474         int i;   // bad: uninitialized variable
10475         // ...
10476         i = 7;   // initialize i
10477     }
10479 No, `i = 7` does not initialize `i`; it assigns to it. Also, `i` can be read in the `...` part. Better:
10481     void use(int arg)   // OK
10482     {
10483         int i = 7;   // OK: initialized
10484         string s;    // OK: default initialized
10485         // ...
10486     }
10488 ##### Note
10490 The *always initialize* rule is deliberately stronger than the *an object must be set before used* language rule.
10491 The latter, more relaxed rule, catches the technical bugs, but:
10493 * It leads to less readable code
10494 * It encourages people to declare names in greater than necessary scopes
10495 * It leads to harder to read code
10496 * It leads to logic bugs by encouraging complex code
10497 * It hampers refactoring
10499 The *always initialize* rule is a style rule aimed to improve maintainability as well as a rule protecting against used-before-set errors.
10501 ##### Example
10503 Here is an example that is often considered to demonstrate the need for a more relaxed rule for initialization
10505     widget i;    // "widget" a type that's expensive to initialize, possibly a large POD
10506     widget j;
10508     if (cond) {  // bad: i and j are initialized "late"
10509         i = f1();
10510         j = f2();
10511     }
10512     else {
10513         i = f3();
10514         j = f4();
10515     }
10517 This cannot trivially be rewritten to initialize `i` and `j` with initializers.
10518 Note that for types with a default constructor, attempting to postpone initialization simply leads to a default initialization followed by an assignment.
10519 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.
10521 Assuming that there is a logical connection between `i` and `j`, that connection should probably be expressed in code:
10523     pair<widget, widget> make_related_widgets(bool x)
10524     {
10525         return (x) ? {f1(), f2()} : {f3(), f4() };
10526     }
10528     auto [i, j] = make_related_widgets(cond);    // C++17
10530 If the `make_related_widgets` function is otherwise redundant,
10531 we can eliminate it by using a lambda [ES.28](#Res-lambda-init):
10533     auto [i, j] = [x] { return (x) ? pair{f1(), f2()} : pair{f3(), f4()} }();    // C++17
10535 Using a value representing "uninitialized" is a symptom of a problem and not a solution:
10537     widget i = uninit;  // bad
10538     widget j = uninit;
10540     // ...
10541     use(i);         // possibly used before set
10542     // ...
10544     if (cond) {     // bad: i and j are initialized "late"
10545         i = f1();
10546         j = f2();
10547     }
10548     else {
10549         i = f3();
10550         j = f4();
10551     }
10553 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?
10555 ##### Note
10557 Complex initialization has been popular with clever programmers for decades.
10558 It has also been a major source of errors and complexity.
10559 Many such errors are introduced during maintenance years after the initial implementation.
10561 ##### Example
10563 This rule covers member variables.
10565     class X {
10566     public:
10567         X(int i, int ci) : m2{i}, cm2{ci} {}
10568         // ...
10570     private:
10571         int m1 = 7;
10572         int m2;
10573         int m3;
10575         const int cm1 = 7;
10576         const int cm2;
10577         const int cm3;
10578     };
10580 The compiler will flag the uninitialized `cm3` because it is a `const`, but it will not catch the lack of initialization of `m3`.
10581 Usually, a rare spurious member initialization is worth the absence of errors from lack of initialization and often an optimizer
10582 can eliminate a redundant initialization (e.g., an initialization that occurs immediately before an assignment).
10584 ##### Exception
10586 If you are declaring an object that is just about to be initialized from input, initializing it would cause a double initialization.
10587 However, beware that this might leave uninitialized data beyond the input -- and that has been a fertile source of errors and security breaches:
10589     constexpr int max = 8 * 1024;
10590     int buf[max];         // OK, but suspicious: uninitialized
10591     f.read(buf, max);
10593 The cost of initializing that array could be significant in some situations.
10594 However, such examples do tend to leave uninitialized variables accessible, so they should be treated with suspicion.
10596     constexpr int max = 8 * 1024;
10597     int buf[max] = {};   // zero all elements; better in some situations
10598     f.read(buf, max);
10600 Because of the restrictive initialization rules for arrays and `std::array`, they offer the most compelling examples of the need for this exception.
10602 When feasible use a library function that is known not to overflow. For example:
10604     string s;   // s is default initialized to ""
10605     cin >> s;   // s expands to hold the string
10607 Don't consider simple variables that are targets for input operations exceptions to this rule:
10609     int i;   // bad
10610     // ...
10611     cin >> i;
10613 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.
10615     int i2 = 0;   // better, assuming that zero is an acceptable value for i2
10616     // ...
10617     cin >> i2;
10619 A good optimizer should know about input operations and eliminate the redundant operation.
10622 ##### Note
10624 Sometimes, a lambda can be used as an initializer to avoid an uninitialized variable:
10626     error_code ec;
10627     Value v = [&] {
10628         auto p = get_value();   // get_value() returns a pair<error_code, Value>
10629         ec = p.first;
10630         return p.second;
10631     }();
10633 or maybe:
10635     Value v = [] {
10636         auto p = get_value();   // get_value() returns a pair<error_code, Value>
10637         if (p.first) throw Bad_value{p.first};
10638         return p.second;
10639     }();
10641 **See also**: [ES.28](#Res-lambda-init)
10643 ##### Enforcement
10645 * Flag every uninitialized variable.
10646   Don't flag variables of user-defined types with default constructors.
10647 * Check that an uninitialized buffer is written into *immediately* after declaration.
10648   Passing an uninitialized variable as a reference to non-`const` argument can be assumed to be a write into the variable.
10650 ### <a name="Res-introduce"></a>ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it
10652 ##### Reason
10654 Readability. To limit the scope in which the variable can be used.
10656 ##### Example
10658     int x = 7;
10659     // ... no use of x here ...
10660     ++x;
10662 ##### Enforcement
10664 Flag declarations that are distant from their first use.
10666 ### <a name="Res-init"></a>ES.22: Don't declare a variable until you have a value to initialize it with
10668 ##### Reason
10670 Readability. Limit the scope in which a variable can be used. Don't risk used-before-set. Initialization is often more efficient than assignment.
10672 ##### Example, bad
10674     string s;
10675     // ... no use of s here ...
10676     s = "what a waste";
10678 ##### Example, bad
10680     SomeLargeType var;  // Hard-to-read CaMeLcAsEvArIaBlE
10682     if (cond)   // some non-trivial condition
10683         Set(&var);
10684     else if (cond2 || !cond3) {
10685         var = Set2(3.14);
10686     }
10687     else {
10688         var = 0;
10689         for (auto& e : something)
10690             var += e;
10691     }
10693     // use var; that this isn't done too early can be enforced statically with only control flow
10695 This would be fine if there was a default initialization for `SomeLargeType` that wasn't too expensive.
10696 Otherwise, a programmer might very well wonder if every possible path through the maze of conditions has been covered.
10697 If not, we have a "use before set" bug. This is a maintenance trap.
10699 For initializers of moderate complexity, including for `const` variables, consider using a lambda to express the initializer; see [ES.28](#Res-lambda-init).
10701 ##### Enforcement
10703 * Flag declarations with default initialization that are assigned to before they are first read.
10704 * Flag any complicated computation after an uninitialized variable and before its use.
10706 ### <a name="Res-list"></a>ES.23: Prefer the `{}`-initializer syntax
10708 ##### Reason
10710 Prefer `{}`. The rules for `{}` initialization are simpler, more general, less ambiguous, and safer than for other forms of initialization.
10712 Use `=` only when you are sure that there can be no narrowing conversions. For built-in arithmetic types, use `=` only with `auto`.
10714 Avoid `()` initialization, which allows parsing ambiguities.
10716 ##### Example
10718     int x {f(99)};
10719     int y = x;
10720     vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
10722 ##### Exception
10724 For containers, there is a tradition for using `{...}` for a list of elements and `(...)` for sizes:
10726     vector<int> v1(10);    // vector of 10 elements with the default value 0
10727     vector<int> v2{10};    // vector of 1 element with the value 10
10729     vector<int> v3(1, 2);  // vector of 1 element with the value 2
10730     vector<int> v4{1, 2};  // vector of 2 element with the values 1 and 2
10732 ##### Note
10734 `{}`-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).
10736 ##### Example
10738     int x {7.9};   // error: narrowing
10739     int y = 7.9;   // OK: y becomes 7. Hope for a compiler warning
10740     int z = gsl::narrow_cast<int>(7.9);  // OK: you asked for it
10742 ##### Note
10744 `{}` initialization can be used for nearly all initialization; other forms of initialization can't:
10746     auto p = new vector<int> {1, 2, 3, 4, 5};   // initialized vector
10747     D::D(int a, int b) :m{a, b} {   // member initializer (e.g., m might be a pair)
10748         // ...
10749     };
10750     X var {};   // initialize var to be empty
10751     struct S {
10752         int m {7};   // default initializer for a member
10753         // ...
10754     };
10756 For that reason, `{}`-initialization is often called "uniform initialization"
10757 (though there unfortunately are a few irregularities left).
10759 ##### Note
10761 Initialization of a variable declared using `auto` with a single value, e.g., `{v}`, had surprising results until C++17.
10762 The C++17 rules are somewhat less surprising:
10764     auto x1 {7};        // x1 is an int with the value 7
10765     auto x2 = {7};      // x2 is an initializer_list<int> with an element 7
10767     auto x11 {7, 8};    // error: two initializers
10768     auto x22 = {7, 8};  // x22 is an initializer_list<int> with elements 7 and 8
10770 Use `={...}` if you really want an `initializer_list<T>`
10772     auto fib10 = {1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55};   // fib10 is a list
10774 ##### Note
10776 `={}` gives copy initialization whereas `{}` gives direct initialization.
10777 Like the distinction between copy-initialization and direct-initialization itself, this can lead to surprises.
10778 `{}` accepts `explicit` constructors; `={}` does not. For example:
10780     struct Z { explicit Z() {} };
10782     Z z1{};     // OK: direct initialization, so we use explicit constructor
10783     Z z2 = {};  // error: copy initialization, so we cannot use the explicit constructor
10785 Use plain `{}`-initialization unless you specifically want to disable explicit constructors.
10787 ##### Example
10789     template<typename T>
10790     void f()
10791     {
10792         T x1(1);    // T initialized with 1
10793         T x0();     // bad: function declaration (often a mistake)
10795         T y1 {1};   // T initialized with 1
10796         T y0 {};    // default initialized T
10797         // ...
10798     }
10800 **See also**: [Discussion](#???)
10802 ##### Enforcement
10804 * Flag uses of `=` to initialize arithmetic types where narrowing occurs.
10805 * Flag uses of `()` initialization syntax that are actually declarations. (Many compilers should warn on this already.)
10807 ### <a name="Res-unique"></a>ES.24: Use a `unique_ptr<T>` to hold pointers
10809 ##### Reason
10811 Using `std::unique_ptr` is the simplest way to avoid leaks. It is reliable, it
10812 makes the type system do much of the work to validate ownership safety, it
10813 increases readability, and it has zero or near zero run-time cost.
10815 ##### Example
10817     void use(bool leak)
10818     {
10819         auto p1 = make_unique<int>(7);   // OK
10820         int* p2 = new int{7};            // bad: might leak
10821         // ... no assignment to p2 ...
10822         if (leak) return;
10823         // ... no assignment to p2 ...
10824         vector<int> v(7);
10825         v.at(7) = 0;                    // exception thrown
10826         // ...
10827     }
10829 If `leak == true` the object pointed to by `p2` is leaked and the object pointed to by `p1` is not.
10830 The same is the case when `at()` throws.
10832 ##### Enforcement
10834 Look for raw pointers that are targets of `new`, `malloc()`, or functions that might return such pointers.
10836 ### <a name="Res-const"></a>ES.25: Declare an object `const` or `constexpr` unless you want to modify its value later on
10838 ##### Reason
10840 That way you can't change the value by mistake. That way might offer the compiler optimization opportunities.
10842 ##### Example
10844     void f(int n)
10845     {
10846         const int bufmax = 2 * n + 2;  // good: we can't change bufmax by accident
10847         int xmax = n;                  // suspicious: is xmax intended to change?
10848         // ...
10849     }
10851 ##### Enforcement
10853 Look to see if a variable is actually mutated, and flag it if
10854 not. Unfortunately, it might be impossible to detect when a non-`const` was not
10855 *intended* to vary (vs when it merely did not vary).
10857 ### <a name="Res-recycle"></a>ES.26: Don't use a variable for two unrelated purposes
10859 ##### Reason
10861 Readability and safety.
10863 ##### Example, bad
10865     void use()
10866     {
10867         int i;
10868         for (i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }
10869         for (i = 0; i < 200; ++i) { /* ... */ } // bad: i recycled
10870     }
10872 ##### Note
10874 As an optimization, you might 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.
10876     void write_to_file()
10877     {
10878         std::string buffer;             // to avoid reallocations on every loop iteration
10879         for (auto& o : objects) {
10880             // First part of the work.
10881             generate_first_string(buffer, o);
10882             write_to_file(buffer);
10884             // Second part of the work.
10885             generate_second_string(buffer, o);
10886             write_to_file(buffer);
10888             // etc...
10889         }
10890     }
10892 ##### Enforcement
10894 Flag recycled variables.
10896 ### <a name="Res-stack"></a>ES.27: Use `std::array` or `stack_array` for arrays on the stack
10898 ##### Reason
10900 They are readable and don't implicitly convert to pointers.
10901 They are not confused with non-standard extensions of built-in arrays.
10903 ##### Example, bad
10905     const int n = 7;
10906     int m = 9;
10908     void f()
10909     {
10910         int a1[n];
10911         int a2[m];   // error: not ISO C++
10912         // ...
10913     }
10915 ##### Note
10917 The definition of `a1` is legal C++ and has always been.
10918 There is a lot of such code.
10919 It is error-prone, though, especially when the bound is non-local.
10920 Also, it is a "popular" source of errors (buffer overflow, pointers from array decay, etc.).
10921 The definition of `a2` is C but not C++ and is considered a security risk
10923 ##### Example
10925     const int n = 7;
10926     int m = 9;
10928     void f()
10929     {
10930         array<int, n> a1;
10931         stack_array<int> a2(m);
10932         // ...
10933     }
10935 ##### Enforcement
10937 * Flag arrays with non-constant bounds (C-style VLAs)
10938 * Flag arrays with non-local constant bounds
10940 ### <a name="Res-lambda-init"></a>ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables
10942 ##### Reason
10944 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.
10946 ##### Example, bad
10948     widget x;   // should be const, but:
10949     for (auto i = 2; i <= N; ++i) {          // this could be some
10950         x += some_obj.do_something_with(i);  // arbitrarily long code
10951     }                                        // needed to initialize x
10952     // from here, x should be const, but we can't say so in code in this style
10954 ##### Example, good
10956     const widget x = [&] {
10957         widget val;                                // assume that widget has a default constructor
10958         for (auto i = 2; i <= N; ++i) {            // this could be some
10959             val += some_obj.do_something_with(i);  // arbitrarily long code
10960         }                                          // needed to initialize x
10961         return val;
10962     }();
10964 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.
10966 ##### Enforcement
10968 Hard. At best a heuristic. Look for an uninitialized variable followed by a loop assigning to it.
10970 ### <a name="Res-macros"></a>ES.30: Don't use macros for program text manipulation
10972 ##### Reason
10974 Macros are a major source of bugs.
10975 Macros don't obey the usual scope and type rules.
10976 Macros ensure that the human reader sees something different from what the compiler sees.
10977 Macros complicate tool building.
10979 ##### Example, bad
10981     #define Case break; case   /* BAD */
10983 This innocuous-looking macro makes a single lower case `c` instead of a `C` into a bad flow-control bug.
10985 ##### Note
10987 This rule does not ban the use of macros for "configuration control" use in `#ifdef`s, etc.
10989 In the future, modules are likely to eliminate the need for macros in configuration control.
10991 ##### Note
10993 This rule is meant to also discourage use of `#` for stringification and `##` for concatenation.
10994 As usual for macros, there are uses that are "mostly harmless", but even these can create problems for tools,
10995 such as auto completers, static analyzers, and debuggers.
10996 Often the desire to use fancy macros is a sign of an overly complex design.
10997 Also, `#` and `##` encourages the definition and use of macros:
10999     #define CAT(a, b) a ## b
11000     #define STRINGIFY(a) #a
11002     void f(int x, int y)
11003     {
11004         string CAT(x, y) = "asdf";   // BAD: hard for tools to handle (and ugly)
11005         string sx2 = STRINGIFY(x);
11006         // ...
11007     }
11009 There are workarounds for low-level string manipulation using macros. For example:
11011     string s = "asdf" "lkjh";   // ordinary string literal concatenation
11013     enum E { a, b };
11015     template<int x>
11016     constexpr const char* stringify()
11017     {
11018         switch (x) {
11019         case a: return "a";
11020         case b: return "b";
11021         }
11022     }
11024     void f(int x, int y)
11025     {
11026         string sx = stringify<x>();
11027         // ...
11028     }
11030 This is not as convenient as a macro to define, but as easy to use, has zero overhead, and is typed and scoped.
11032 In the future, static reflection is likely to eliminate the last needs for the preprocessor for program text manipulation.
11034 ##### Enforcement
11036 Scream when you see a macro that isn't just used for source control (e.g., `#ifdef`)
11038 ### <a name="Res-macros2"></a>ES.31: Don't use macros for constants or "functions"
11040 ##### Reason
11042 Macros are a major source of bugs.
11043 Macros don't obey the usual scope and type rules.
11044 Macros don't obey the usual rules for argument passing.
11045 Macros ensure that the human reader sees something different from what the compiler sees.
11046 Macros complicate tool building.
11048 ##### Example, bad
11050     #define PI 3.14
11051     #define SQUARE(a, b) (a * b)
11053 Even if we hadn't left a well-known bug in `SQUARE` there are much better behaved alternatives; for example:
11055     constexpr double pi = 3.14;
11056     template<typename T> T square(T a, T b) { return a * b; }
11058 ##### Enforcement
11060 Scream when you see a macro that isn't just used for source control (e.g., `#ifdef`)
11062 ### <a name="Res-ALL_CAPS"></a>ES.32: Use `ALL_CAPS` for all macro names
11064 ##### Reason
11066 Convention. Readability. Distinguishing macros.
11068 ##### Example
11070     #define forever for (;;)   /* very BAD */
11072     #define FOREVER for (;;)   /* Still evil, but at least visible to humans */
11074 ##### Enforcement
11076 Scream when you see a lower case macro.
11078 ### <a name="Res-MACROS"></a>ES.33: If you must use macros, give them unique names
11080 ##### Reason
11082 Macros do not obey scope rules.
11084 ##### Example
11086     #define MYCHAR        /* BAD, will eventually clash with someone else's MYCHAR*/
11088     #define ZCORP_CHAR    /* Still evil, but less likely to clash */
11090 ##### Note
11092 Avoid macros if you can: [ES.30](#Res-macros), [ES.31](#Res-macros2), and [ES.32](#Res-ALL_CAPS).
11093 However, there are billions of lines of code littered with macros and a long tradition for using and overusing macros.
11094 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.
11096 ##### Enforcement
11098 Warn against short macro names.
11100 ### <a name="Res-ellipses"></a> ES.34: Don't define a (C-style) variadic function
11102 ##### Reason
11104 Not type safe.
11105 Requires messy cast-and-macro-laden code to get working right.
11107 ##### Example
11109     #include <cstdarg>
11111     // "severity" followed by a zero-terminated list of char*s; write the C-style strings to cerr
11112     void error(int severity ...)
11113     {
11114         va_list ap;             // a magic type for holding arguments
11115         va_start(ap, severity); // arg startup: "severity" is the first argument of error()
11117         for (;;) {
11118             // treat the next var as a char*; no checking: a cast in disguise
11119             char* p = va_arg(ap, char*);
11120             if (!p) break;
11121             cerr << p << ' ';
11122         }
11124         va_end(ap);             // arg cleanup (don't forget this)
11126         cerr << '\n';
11127         if (severity) exit(severity);
11128     }
11130     void use()
11131     {
11132         error(7, "this", "is", "an", "error", nullptr);
11133         error(7); // crash
11134         error(7, "this", "is", "an", "error");  // crash
11135         const char* is = "is";
11136         string an = "an";
11137         error(7, "this", "is", an, "error"); // crash
11138     }
11140 **Alternative**: Overloading. Templates. Variadic templates.
11142     #include <iostream>
11144     void error(int severity)
11145     {
11146         std::cerr << '\n';
11147         std::exit(severity);
11148     }
11150     template<typename T, typename... Ts>
11151     constexpr void error(int severity, T head, Ts... tail)
11152     {
11153         std::cerr << head;
11154         error(severity, tail...);
11155     }
11157     void use()
11158     {
11159         error(7); // No crash!
11160         error(5, "this", "is", "not", "an", "error"); // No crash!
11162         std::string an = "an";
11163         error(7, "this", "is", "not", an, "error"); // No crash!
11165         error(5, "oh", "no", nullptr); // Compile error! No need for nullptr.
11166     }
11169 ##### Note
11171 This is basically the way `printf` is implemented.
11173 ##### Enforcement
11175 * Flag definitions of C-style variadic functions.
11176 * Flag `#include <cstdarg>` and `#include <stdarg.h>`
11179 ## ES.expr: Expressions
11181 Expressions manipulate values.
11183 ### <a name="Res-complicated"></a>ES.40: Avoid complicated expressions
11185 ##### Reason
11187 Complicated expressions are error-prone.
11189 ##### Example
11191     // bad: assignment hidden in subexpression
11192     while ((c = getc()) != -1)
11194     // bad: two non-local variables assigned in sub-expressions
11195     while ((cin >> c1, cin >> c2), c1 == c2)
11197     // better, but possibly still too complicated
11198     for (char c1, c2; cin >> c1 >> c2 && c1 == c2;)
11200     // OK: if i and j are not aliased
11201     int x = ++i + ++j;
11203     // OK: if i != j and i != k
11204     v[i] = v[j] + v[k];
11206     // bad: multiple assignments "hidden" in subexpressions
11207     x = a + (b = f()) + (c = g()) * 7;
11209     // bad: relies on commonly misunderstood precedence rules
11210     x = a & b + c * d && e ^ f == 7;
11212     // bad: undefined behavior
11213     x = x++ + x++ + ++x;
11215 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.
11217 ##### Note
11219 C++17 tightens up the rules for the order of evaluation
11220 (left-to-right except right-to-left in assignments, and the order of evaluation of function arguments is unspecified; [see ES.43](#Res-order)),
11221 but that doesn't change the fact that complicated expressions are potentially confusing.
11223 ##### Note
11225 A programmer should know and use the basic rules for expressions.
11227 ##### Example
11229     x = k * y + z;             // OK
11231     auto t1 = k * y;           // bad: unnecessarily verbose
11232     x = t1 + z;
11234     if (0 <= x && x < max)   // OK
11236     auto t1 = 0 <= x;        // bad: unnecessarily verbose
11237     auto t2 = x < max;
11238     if (t1 && t2)            // ...
11240 ##### Enforcement
11242 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:
11244 * 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
11245 * writes to aliased variables
11246 * more than N operators (and what should N be?)
11247 * reliance of subtle precedence rules
11248 * uses undefined behavior (can we catch all undefined behavior?)
11249 * implementation defined behavior?
11250 * ???
11252 ### <a name="Res-parens"></a>ES.41: If in doubt about operator precedence, parenthesize
11254 ##### Reason
11256 Avoid errors. Readability. Not everyone has the operator table memorized.
11258 ##### Example
11260     const unsigned int flag = 2;
11261     unsigned int a = flag;
11263     if (a & flag != 0)  // bad: means a&(flag != 0)
11265 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.
11267     if ((a & flag) != 0)  // OK: works as intended
11269 ##### Note
11271 You should know enough not to need parentheses for:
11273     if (a < 0 || a <= max) {
11274         // ...
11275     }
11277 ##### Enforcement
11279 * Flag combinations of bitwise-logical operators and other operators.
11280 * Flag assignment operators not as the leftmost operator.
11281 * ???
11283 ### <a name="Res-ptr"></a>ES.42: Keep use of pointers simple and straightforward
11285 ##### Reason
11287 Complicated pointer manipulation is a major source of errors.
11289 ##### Note
11291 Use `gsl::span` instead.
11292 Pointers should [only refer to single objects](#Ri-array).
11293 Pointer arithmetic is fragile and easy to get wrong, the source of many, many bad bugs and security violations.
11294 `span` is a bounds-checked, safe type for accessing arrays of data.
11295 Access into an array with known bounds using a constant as a subscript can be validated by the compiler.
11297 ##### Example, bad
11299     void f(int* p, int count)
11300     {
11301         if (count < 2) return;
11303         int* q = p + 1;    // BAD
11305         ptrdiff_t d;
11306         int n;
11307         d = (p - &n);      // OK
11308         d = (q - p);       // OK
11310         int n = *p++;      // BAD
11312         if (count < 6) return;
11314         p[4] = 1;          // BAD
11316         p[count - 1] = 2;  // BAD
11318         use(&p[0], 3);     // BAD
11319     }
11321 ##### Example, good
11323     void f(span<int> a) // BETTER: use span in the function declaration
11324     {
11325         if (a.size() < 2) return;
11327         int n = a[0];      // OK
11329         span<int> q = a.subspan(1); // OK
11331         if (a.size() < 6) return;
11333         a[4] = 1;          // OK
11335         a[a.size() - 1] = 2;  // OK
11337         use(a.data(), 3);  // OK
11338     }
11340 ##### Note
11342 Subscripting with a variable is difficult for both tools and humans to validate as safe.
11343 `span` is a run-time bounds-checked, safe type for accessing arrays of data.
11344 `at()` is another alternative that ensures single accesses are bounds-checked.
11345 If iterators are needed to access an array, use the iterators from a `span` constructed over the array.
11347 ##### Example, bad
11349     void f(array<int, 10> a, int pos)
11350     {
11351         a[pos / 2] = 1; // BAD
11352         a[pos - 1] = 2; // BAD
11353         a[-1] = 3;    // BAD (but easily caught by tools) -- no replacement, just don't do this
11354         a[10] = 4;    // BAD (but easily caught by tools) -- no replacement, just don't do this
11355     }
11357 ##### Example, good
11359 Use a `span`:
11361     void f1(span<int, 10> a, int pos) // A1: Change parameter type to use span
11362     {
11363         a[pos / 2] = 1; // OK
11364         a[pos - 1] = 2; // OK
11365     }
11367     void f2(array<int, 10> arr, int pos) // A2: Add local span and use that
11368     {
11369         span<int> a = {arr.data(), pos};
11370         a[pos / 2] = 1; // OK
11371         a[pos - 1] = 2; // OK
11372     }
11374 Use `at()`:
11376     void f3(array<int, 10> a, int pos) // ALTERNATIVE B: Use at() for access
11377     {
11378         at(a, pos / 2) = 1; // OK
11379         at(a, pos - 1) = 2; // OK
11380     }
11382 ##### Example, bad
11384     void f()
11385     {
11386         int arr[COUNT];
11387         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
11388             arr[i] = i; // BAD, cannot use non-constant indexer
11389     }
11391 ##### Example, good
11393 Use a `span`:
11395     void f1()
11396     {
11397         int arr[COUNT];
11398         span<int> av = arr;
11399         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
11400             av[i] = i;
11401     }
11403 Use a `span` and range-`for`:
11405     void f1a()
11406     {
11407          int arr[COUNT];
11408          span<int, COUNT> av = arr;
11409          int i = 0;
11410          for (auto& e : av)
11411              e = i++;
11412     }
11414 Use `at()` for access:
11416     void f2()
11417     {
11418         int arr[COUNT];
11419         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
11420             at(arr, i) = i;
11421     }
11423 Use a range-`for`:
11425     void f3()
11426     {
11427         int arr[COUNT];
11428         int i = 0;
11429         for (auto& e : arr)
11430              e = i++;
11431     }
11433 ##### Note
11435 Tooling can offer rewrites of array accesses that involve dynamic index expressions to use `at()` instead:
11437     static int a[10];
11439     void f(int i, int j)
11440     {
11441         a[i + j] = 12;      // BAD, could be rewritten as ...
11442         at(a, i + j) = 12;  // OK -- bounds-checked
11443     }
11445 ##### Example
11447 Turning an array into a pointer (as the language does essentially always) removes opportunities for checking, so avoid it
11449     void g(int* p);
11451     void f()
11452     {
11453         int a[5];
11454         g(a);        // BAD: are we trying to pass an array?
11455         g(&a[0]);    // OK: passing one object
11456     }
11458 If you want to pass an array, say so:
11460     void g(int* p, size_t length);  // old (dangerous) code
11462     void g1(span<int> av); // BETTER: get g() changed.
11464     void f2()
11465     {
11466         int a[5];
11467         span<int> av = a;
11469         g(av.data(), av.size());   // OK, if you have no choice
11470         g1(a);                     // OK -- no decay here, instead use implicit span ctor
11471     }
11473 ##### Enforcement
11475 * Flag any arithmetic operation on an expression of pointer type that results in a value of pointer type.
11476 * 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.
11477 * Flag any expression that would rely on implicit conversion of an array type to a pointer type.
11479 This rule is part of the [bounds-safety profile](#SS-bounds).
11482 ### <a name="Res-order"></a>ES.43: Avoid expressions with undefined order of evaluation
11484 ##### Reason
11486 You have no idea what such code does. Portability.
11487 Even if it does something sensible for you, it might do something different on another compiler (e.g., the next release of your compiler) or with a different optimizer setting.
11489 ##### Note
11491 C++17 tightens up the rules for the order of evaluation:
11492 left-to-right except right-to-left in assignments, and the order of evaluation of function arguments is unspecified.
11494 However, remember that your code might be compiled with a pre-C++17 compiler (e.g., through cut-and-paste) so don't be too clever.
11496 ##### Example
11498     v[i] = ++i;   //  the result is undefined
11500 A good rule of thumb is that you should not read a value twice in an expression where you write to it.
11502 ##### Enforcement
11504 Can be detected by a good analyzer.
11506 ### <a name="Res-order-fct"></a>ES.44: Don't depend on order of evaluation of function arguments
11508 ##### Reason
11510 Because that order is unspecified.
11512 ##### Note
11514 C++17 tightens up the rules for the order of evaluation, but the order of evaluation of function arguments is still unspecified.
11516 ##### Example
11518     int i = 0;
11519     f(++i, ++i);
11521 The call will most likely be `f(0, 1)` or `f(1, 0)`, but you don't know which.
11522 Technically, the behavior is undefined.
11523 In C++17, this code does not have undefined behavior, but it is still not specified which argument is evaluated first.
11525 ##### Example
11527 Overloaded operators can lead to order of evaluation problems:
11529     f1()->m(f2());          // m(f1(), f2())
11530     cout << f1() << f2();   // operator<<(operator<<(cout, f1()), f2())
11532 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)
11534     f1() = f2();    // undefined behavior in C++14; in C++17, f2() is evaluated before f1()
11536 ##### Enforcement
11538 Can be detected by a good analyzer.
11540 ### <a name="Res-magic"></a>ES.45: Avoid "magic constants"; use symbolic constants
11542 ##### Reason
11544 Unnamed constants embedded in expressions are easily overlooked and often hard to understand:
11546 ##### Example
11548     for (int m = 1; m <= 12; ++m)   // don't: magic constant 12
11549         cout << month[m] << '\n';
11551 No, we don't all know that there are 12 months, numbered 1..12, in a year. Better:
11553     // months are indexed 1..12
11554     constexpr int first_month = 1;
11555     constexpr int last_month = 12;
11557     for (int m = first_month; m <= last_month; ++m)   // better
11558         cout << month[m] << '\n';
11560 Better still, don't expose constants:
11562     for (auto m : month)
11563         cout << m << '\n';
11565 ##### Enforcement
11567 Flag literals in code. Give a pass to `0`, `1`, `nullptr`, `\n`, `""`, and others on a positive list.
11569 ### <a name="Res-narrowing"></a>ES.46: Avoid lossy (narrowing, truncating) arithmetic conversions
11571 ##### Reason
11573 A narrowing conversion destroys information, often unexpectedly so.
11575 ##### Example, bad
11577 A key example is basic narrowing:
11579     double d = 7.9;
11580     int i = d;    // bad: narrowing: i becomes 7
11581     i = (int) d;  // bad: we're going to claim this is still not explicit enough
11583     void f(int x, long y, double d)
11584     {
11585         char c1 = x;   // bad: narrowing
11586         char c2 = y;   // bad: narrowing
11587         char c3 = d;   // bad: narrowing
11588     }
11590 ##### Note
11592 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:
11594     i = narrow_cast<int>(d);   // OK (you asked for it): narrowing: i becomes 7
11595     i = narrow<int>(d);        // OK: throws narrowing_error
11597 We also include lossy arithmetic casts, such as from a negative floating point type to an unsigned integral type:
11599     double d = -7.9;
11600     unsigned u = 0;
11602     u = d;                          // BAD
11603     u = narrow_cast<unsigned>(d);   // OK (you asked for it): u becomes 4294967289
11604     u = narrow<unsigned>(d);        // OK: throws narrowing_error
11606 ##### Enforcement
11608 A good analyzer can detect all narrowing conversions. However, flagging all narrowing conversions will lead to a lot of false positives. Suggestions:
11610 * Flag all floating-point to integer conversions (maybe only `float`->`char` and `double`->`int`. Here be dragons! we need data).
11611 * Flag all `long`->`char` (I suspect `int`->`char` is very common. Here be dragons! we need data).
11612 * Consider narrowing conversions for function arguments especially suspect.
11614 ### <a name="Res-nullptr"></a>ES.47: Use `nullptr` rather than `0` or `NULL`
11616 ##### Reason
11618 Readability. Minimize surprises: `nullptr` cannot be confused with an
11619 `int`. `nullptr` also has a well-specified (very restrictive) type, and thus
11620 works in more scenarios where type deduction might do the wrong thing on `NULL`
11621 or `0`.
11623 ##### Example
11625 Consider:
11627     void f(int);
11628     void f(char*);
11629     f(0);         // call f(int)
11630     f(nullptr);   // call f(char*)
11632 ##### Enforcement
11634 Flag uses of `0` and `NULL` for pointers. The transformation might be helped by simple program transformation.
11636 ### <a name="Res-casts"></a>ES.48: Avoid casts
11638 ##### Reason
11640 Casts are a well-known source of errors. Make some optimizations unreliable.
11642 ##### Example, bad
11644     double d = 2;
11645     auto p = (long*)&d;
11646     auto q = (long long*)&d;
11647     cout << d << ' ' << *p << ' ' << *q << '\n';
11649 What would you think this fragment prints? The result is at best implementation defined. I got
11651     2 0 4611686018427387904
11653 Adding
11655     *q = 666;
11656     cout << d << ' ' << *p << ' ' << *q << '\n';
11658 I got
11660     3.29048e-321 666 666
11662 Surprised? I'm just glad I didn't crash the program.
11664 ##### Note
11666 Programmers who write casts typically assume that they know what they are doing,
11667 or that writing a cast makes the program "easier to read".
11668 In fact, they often disable the general rules for using values.
11669 Overload resolution and template instantiation usually pick the right function if there is a right function to pick.
11670 If there is not, maybe there ought to be, rather than applying a local fix (cast).
11672 ##### Notes
11674 Casts are necessary in a systems programming language.  For example, how else
11675 would we get the address of a device register into a pointer?  However, casts
11676 are seriously overused as well as a major source of errors.
11678 If you feel the need for a lot of casts, there might be a fundamental design problem.
11680 The [type profile](#Pro-type-reinterpretcast) bans `reinterpret_cast` and C-style casts.
11682 Never cast to `(void)` to ignore a `[[nodiscard]]`return value.
11683 If you deliberately want to discard such a 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).
11684 If you still think it's appropriate and your code reviewer agrees, use `std::ignore =` to turn off the warning which is simple, portable, and easy to grep.
11686 ##### Alternatives
11688 Casts are widely (mis)used. Modern C++ has rules and constructs that eliminate the need for casts in many contexts, such as
11690 * Use templates
11691 * Use `std::variant`
11692 * Rely on the well-defined, safe, implicit conversions between pointer types
11693 * Use `std::ignore =` to ignore `[[nodiscard]]` values.
11695 ##### Enforcement
11697 * Flag all C-style casts, including to `void`.
11698 * Flag functional style casts using `Type(value)`. Use `Type{value}` instead which is not narrowing. (See [ES.64](#Res-construct).)
11699 * Flag [identity casts](#Pro-type-identitycast) between pointer types, where the source and target types are the same (#Pro-type-identitycast).
11700 * Flag an explicit pointer cast that could be [implicit](#Pro-type-implicitpointercast).
11702 ### <a name="Res-casts-named"></a>ES.49: If you must use a cast, use a named cast
11704 ##### Reason
11706 Readability. Error avoidance.
11707 Named casts are more specific than a C-style or functional cast, allowing the compiler to catch some errors.
11709 The named casts are:
11711 * `static_cast`
11712 * `const_cast`
11713 * `reinterpret_cast`
11714 * `dynamic_cast`
11715 * `std::move`         // `move(x)` is an rvalue reference to `x`
11716 * `std::forward`      // `forward<T>(x)` is an rvalue or an lvalue reference to `x` depending on `T`
11717 * `gsl::narrow_cast`  // `narrow_cast<T>(x)` is `static_cast<T>(x)`
11718 * `gsl::narrow`       // `narrow<T>(x)` is `static_cast<T>(x)` if `static_cast<T>(x) == x` or it throws `narrowing_error`
11720 ##### Example
11722     class B { /* ... */ };
11723     class D { /* ... */ };
11725     template<typename D> D* upcast(B* pb)
11726     {
11727         D* pd0 = pb;                        // error: no implicit conversion from B* to D*
11728         D* pd1 = (D*)pb;                    // legal, but what is done?
11729         D* pd2 = static_cast<D*>(pb);       // error: D is not derived from B
11730         D* pd3 = reinterpret_cast<D*>(pb);  // OK: on your head be it!
11731         D* pd4 = dynamic_cast<D*>(pb);      // OK: return nullptr
11732         // ...
11733     }
11735 The example was synthesized from real-world bugs where `D` used to be derived from `B`, but someone refactored the hierarchy.
11736 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).
11738 ##### Note
11740 When converting between types with no information loss (e.g. from `float` to
11741 `double` or from `int32` to `int64`), brace initialization might be used instead.
11743     double d {some_float};
11744     int64_t i {some_int32};
11746 This makes it clear that the type conversion was intended and also prevents
11747 conversions between types that might result in loss of precision. (It is a
11748 compilation error to try to initialize a `float` from a `double` in this fashion,
11749 for example.)
11751 ##### Note
11753 `reinterpret_cast` can be essential, but the essential uses (e.g., turning a machine address into pointer) are not type safe:
11755     auto p = reinterpret_cast<Device_register>(0x800);  // inherently dangerous
11758 ##### Enforcement
11760 * Flag all C-style casts, including to `void`.
11761 * Flag functional style casts using `Type(value)`. Use `Type{value}` instead which is not narrowing. (See [ES.64](#Res-construct).)
11762 * The [type profile](#Pro-type-reinterpretcast) bans `reinterpret_cast`.
11763 * The [type profile](#Pro-type-arithmeticcast) warns when using `static_cast` between arithmetic types.
11765 ### <a name="Res-casts-const"></a>ES.50: Don't cast away `const`
11767 ##### Reason
11769 It makes a lie out of `const`.
11770 If the variable is actually declared `const`, modifying it results in undefined behavior.
11772 ##### Example, bad
11774     void f(const int& x)
11775     {
11776         const_cast<int&>(x) = 42;   // BAD
11777     }
11779     static int i = 0;
11780     static const int j = 0;
11782     f(i); // silent side effect
11783     f(j); // undefined behavior
11785 ##### Example
11787 Sometimes, you might 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:
11789     class Bar;
11791     class Foo {
11792     public:
11793         // BAD, duplicates logic
11794         Bar& get_bar()
11795         {
11796             /* complex logic around getting a non-const reference to my_bar */
11797         }
11799         const Bar& get_bar() const
11800         {
11801             /* same complex logic around getting a const reference to my_bar */
11802         }
11803     private:
11804         Bar my_bar;
11805     };
11807 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`:
11809     class Foo {
11810     public:
11811         // not great, non-const calls const version but resorts to const_cast
11812         Bar& get_bar()
11813         {
11814             return const_cast<Bar&>(static_cast<const Foo&>(*this).get_bar());
11815         }
11816         const Bar& get_bar() const
11817         {
11818             /* the complex logic around getting a const reference to my_bar */
11819         }
11820     private:
11821         Bar my_bar;
11822     };
11824 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.
11826 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:
11828     class Foo {
11829     public:                         // good
11830               Bar& get_bar()       { return get_bar_impl(*this); }
11831         const Bar& get_bar() const { return get_bar_impl(*this); }
11832     private:
11833         Bar my_bar;
11835         template<class T>           // good, deduces whether T is const or non-const
11836         static auto& get_bar_impl(T& t)
11837             { /* the complex logic around getting a possibly-const reference to my_bar */ }
11838     };
11840 Note: Don't do large non-dependent work inside a template, which leads to code bloat. For example, a further improvement would be if all or part of `get_bar_impl` can be non-dependent and factored out into a common non-template function, for a potentially big reduction in code size.
11842 ##### Exception
11844 You might need to cast away `const` when calling `const`-incorrect functions.
11845 Prefer to wrap such functions in inline `const`-correct wrappers to encapsulate the cast in one place.
11847 ##### Example
11849 Sometimes, "cast away `const`" is to allow the updating of some transient information of an otherwise immutable object.
11850 Examples are caching, memoization, and precomputation.
11851 Such examples are often handled as well or better using `mutable` or an indirection than with a `const_cast`.
11853 Consider keeping previously computed results around for a costly operation:
11855     int compute(int x); // compute a value for x; assume this to be costly
11857     class Cache {   // some type implementing a cache for an int->int operation
11858     public:
11859         pair<bool, int> find(int x) const;   // is there a value for x?
11860         void set(int x, int v);             // make y the value for x
11861         // ...
11862     private:
11863         // ...
11864     };
11866     class X {
11867     public:
11868         int get_val(int x)
11869         {
11870             auto p = cache.find(x);
11871             if (p.first) return p.second;
11872             int val = compute(x);
11873             cache.set(x, val); // insert value for x
11874             return val;
11875         }
11876         // ...
11877     private:
11878         Cache cache;
11879     };
11881 Here, `get_val()` is logically constant, so we would like to make it a `const` member.
11882 To do this we still need to mutate `cache`, so people sometimes resort to a `const_cast`:
11884     class X {   // Suspicious solution based on casting
11885     public:
11886         int get_val(int x) const
11887         {
11888             auto p = cache.find(x);
11889             if (p.first) return p.second;
11890             int val = compute(x);
11891             const_cast<Cache&>(cache).set(x, val);   // ugly
11892             return val;
11893         }
11894         // ...
11895     private:
11896         Cache cache;
11897     };
11899 Fortunately, there is a better solution:
11900 State that `cache` is mutable even for a `const` object:
11902     class X {   // better solution
11903     public:
11904         int get_val(int x) const
11905         {
11906             auto p = cache.find(x);
11907             if (p.first) return p.second;
11908             int val = compute(x);
11909             cache.set(x, val);
11910             return val;
11911         }
11912         // ...
11913     private:
11914         mutable Cache cache;
11915     };
11917 An alternative solution would be to store a pointer to the `cache`:
11919     class X {   // OK, but slightly messier solution
11920     public:
11921         int get_val(int x) const
11922         {
11923             auto p = cache->find(x);
11924             if (p.first) return p.second;
11925             int val = compute(x);
11926             cache->set(x, val);
11927             return val;
11928         }
11929         // ...
11930     private:
11931         unique_ptr<Cache> cache;
11932     };
11934 That solution is the most flexible, but requires explicit construction and destruction of `*cache`
11935 (most likely in the constructor and destructor of `X`).
11937 In any variant, we must guard against data races on the `cache` in multi-threaded code, possibly using a `std::mutex`.
11939 ##### Enforcement
11941 * Flag `const_cast`s.
11942 * This rule is part of the [type-safety profile](#Pro-type-constcast) for the related Profile.
11944 ### <a name="Res-range-checking"></a>ES.55: Avoid the need for range checking
11946 ##### Reason
11948 Constructs that cannot overflow do not overflow (and usually run faster):
11950 ##### Example
11952     for (auto& x : v)      // print all elements of v
11953         cout << x << '\n';
11955     auto p = find(v, x);   // find x in v
11957 ##### Enforcement
11959 Look for explicit range checks and heuristically suggest alternatives.
11961 ### <a name="Res-move"></a>ES.56: Write `std::move()` only when you need to explicitly move an object to another scope
11963 ##### Reason
11965 We move, rather than copy, to avoid duplication and for improved performance.
11967 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).
11969 ##### Notes
11971 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.
11973 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`.
11975 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.
11977 ##### Example, bad
11979     void sink(X&& x);   // sink takes ownership of x
11981     void user()
11982     {
11983         X x;
11984         // error: cannot bind an lvalue to a rvalue reference
11985         sink(x);
11986         // OK: sink takes the contents of x, x must now be assumed to be empty
11987         sink(std::move(x));
11989         // ...
11991         // probably a mistake
11992         use(x);
11993     }
11995 Usually, a `std::move()` is used as an argument to a `&&` parameter.
11996 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.
11998     void f()
11999     {
12000         string s1 = "supercalifragilisticexpialidocious";
12002         string s2 = s1;             // ok, takes a copy
12003         assert(s1 == "supercalifragilisticexpialidocious");  // ok
12005         // bad, if you want to keep using s1's value
12006         string s3 = move(s1);
12008         // bad, assert will likely fail, s1 likely changed
12009         assert(s1 == "supercalifragilisticexpialidocious");
12010     }
12012 ##### Example
12014     void sink(unique_ptr<widget> p);  // pass ownership of p to sink()
12016     void f()
12017     {
12018         auto w = make_unique<widget>();
12019         // ...
12020         sink(std::move(w));               // ok, give to sink()
12021         // ...
12022         sink(w);    // Error: unique_ptr is carefully designed so that you cannot copy it
12023     }
12025 ##### Notes
12027 `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.
12028 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.
12030 Never write `std::move()` just because you've heard "it's more efficient."
12031 In general, don't believe claims of "efficiency" without data (???).
12032 In general, don't complicate your code without reason (??).
12033 Never write `std::move()` on a const object, it is silently transformed into a copy (see Item 23 in [Meyers15](#Meyers15))
12035 ##### Example, bad
12037     vector<int> make_vector()
12038     {
12039         vector<int> result;
12040         // ... load result with data
12041         return std::move(result);       // bad; just write "return result;"
12042     }
12044 Never write `return move(local_variable);`, because the language already knows the variable is a move candidate.
12045 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.
12048 ##### Example, bad
12050     vector<int> v = std::move(make_vector());   // bad; the std::move is entirely redundant
12052 Never write `move` on a returned value such as `x = move(f());` where `f` returns by value.
12053 The language already knows that a returned value is a temporary object that can be moved from.
12055 ##### Example
12057     void mover(X&& x)
12058     {
12059         call_something(std::move(x));         // ok
12060         call_something(std::forward<X>(x));   // bad, don't std::forward an rvalue reference
12061         call_something(x);                    // suspicious, why not std::move?
12062     }
12064     template<class T>
12065     void forwarder(T&& t)
12066     {
12067         call_something(std::move(t));         // bad, don't std::move a forwarding reference
12068         call_something(std::forward<T>(t));   // ok
12069         call_something(t);                    // suspicious, why not std::forward?
12070     }
12072 ##### Enforcement
12074 * 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.
12075 * Flag functions taking an `S&&` parameter if there is no `const S&` overload to take care of lvalues.
12076 * 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.
12077 * Flag when `std::move` is applied to a forwarding reference (`T&&` where `T` is a template parameter type). Use `std::forward` instead.
12078 * 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.)
12079 * Flag when `std::forward` is applied to an rvalue reference (`X&&` where `X` is a concrete type). Use `std::move` instead.
12080 * 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.)
12081 * 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.
12083 ### <a name="Res-new"></a>ES.60: Avoid `new` and `delete` outside resource management functions
12085 ##### Reason
12087 Direct resource management in application code is error-prone and tedious.
12089 ##### Note
12091 This is also known as the rule of "No naked `new`!"
12093 ##### Example, bad
12095     void f(int n)
12096     {
12097         auto p = new X[n];   // n default constructed Xs
12098         // ...
12099         delete[] p;
12100     }
12102 There can be code in the `...` part that causes the `delete` never to happen.
12104 **See also**: [R: Resource management](#S-resource)
12106 ##### Enforcement
12108 Flag naked `new`s and naked `delete`s.
12110 ### <a name="Res-del"></a>ES.61: Delete arrays using `delete[]` and non-arrays using `delete`
12112 ##### Reason
12114 That's what the language requires and mistakes can lead to resource release errors and/or memory corruption.
12116 ##### Example, bad
12118     void f(int n)
12119     {
12120         auto p = new X[n];   // n default constructed Xs
12121         // ...
12122         delete p;   // error: just delete the object p, rather than delete the array p[]
12123     }
12125 ##### Note
12127 This example not only violates the [no naked `new` rule](#Res-new) as in the previous example, it has many more problems.
12129 ##### Enforcement
12131 * If the `new` and the `delete` are in the same scope, mistakes can be flagged.
12132 * If the `new` and the `delete` are in a constructor/destructor pair, mistakes can be flagged.
12134 ### <a name="Res-arr2"></a>ES.62: Don't compare pointers into different arrays
12136 ##### Reason
12138 The result of doing so is undefined.
12140 ##### Example, bad
12142     void f()
12143     {
12144         int a1[7];
12145         int a2[9];
12146         if (&a1[5] < &a2[7]) {}       // bad: undefined
12147         if (0 < &a1[5] - &a2[7]) {}   // bad: undefined
12148     }
12150 ##### Note
12152 This example has many more problems.
12154 ##### Enforcement
12158 ### <a name="Res-slice"></a>ES.63: Don't slice
12160 ##### Reason
12162 Slicing -- that is, copying only part of an object using assignment or initialization -- most often leads to errors because
12163 the object was meant to be considered as a whole.
12164 In the rare cases where the slicing was deliberate the code can be surprising.
12166 ##### Example
12168     class Shape { /* ... */ };
12169     class Circle : public Shape { /* ... */ Point c; int r; };
12171     Circle c {{0, 0}, 42};
12172     Shape s {c};    // copy construct only the Shape part of Circle
12173     s = c;          // or copy assign only the Shape part of Circle
12175     void assign(const Shape& src, Shape& dest)
12176     {
12177         dest = src;
12178     }
12179     Circle c2 {{1, 1}, 43};
12180     assign(c, c2);   // oops, not the whole state is transferred
12181     assert(c == c2); // if we supply copying, we should also provide comparison,
12182                      // but this will likely return false
12184 The result will be meaningless because the center and radius will not be copied from `c` into `s`.
12185 The first defense against this is to [define the base class `Shape` not to allow this](#Rc-copy-virtual).
12187 ##### Alternative
12189 If you mean to slice, define an explicit operation to do so.
12190 This saves readers from confusion.
12191 For example:
12193     class Smiley : public Circle {
12194         public:
12195         Circle copy_circle();
12196         // ...
12197     };
12199     Smiley sm { /* ... */ };
12200     Circle c1 {sm};  // ideally prevented by the definition of Circle
12201     Circle c2 {sm.copy_circle()};
12203 ##### Enforcement
12205 Warn against slicing.
12207 ### <a name="Res-construct"></a>ES.64: Use the `T{e}`notation for construction
12209 ##### Reason
12211 The `T{e}` construction syntax makes it explicit that construction is desired.
12212 The `T{e}` construction syntax doesn't allow narrowing.
12213 `T{e}` is the only safe and general expression for constructing a value of type `T` from an expression `e`.
12214 The casts notations `T(e)` and `(T)e` are neither safe nor general.
12216 ##### Example
12218 For built-in types, the construction notation protects against narrowing and reinterpretation
12220     void use(char ch, int i, double d, char* p, long long lng)
12221     {
12222         int x1 = int{ch};     // OK, but redundant
12223         int x2 = int{d};      // error: double->int narrowing; use a cast if you need to
12224         int x3 = int{p};      // error: pointer to->int; use a reinterpret_cast if you really need to
12225         int x4 = int{lng};    // error: long long->int narrowing; use a cast if you need to
12227         int y1 = int(ch);     // OK, but redundant
12228         int y2 = int(d);      // bad: double->int narrowing; use a cast if you need to
12229         int y3 = int(p);      // bad: pointer to->int; use a reinterpret_cast if you really need to
12230         int y4 = int(lng);    // bad: long long->int narrowing; use a cast if you need to
12232         int z1 = (int)ch;     // OK, but redundant
12233         int z2 = (int)d;      // bad: double->int narrowing; use a cast if you need to
12234         int z3 = (int)p;      // bad: pointer to->int; use a reinterpret_cast if you really need to
12235         int z4 = (int)lng;    // bad: long long->int narrowing; use a cast if you need to
12236     }
12238 The integer to/from pointer conversions are implementation defined when using the `T(e)` or `(T)e` notations, and non-portable
12239 between platforms with different integer and pointer sizes.
12241 ##### Note
12243 [Avoid casts](#Res-casts) (explicit type conversion) and if you must [prefer named casts](#Res-casts-named).
12245 ##### Note
12247 When unambiguous, the `T` can be left out of `T{e}`.
12249     complex<double> f(complex<double>);
12251     auto z = f({2*pi, 1});
12253 ##### Note
12255 The construction notation is the most general [initializer notation](#Res-list).
12257 ##### Exception
12259 `std::vector` and other containers were defined before we had `{}` as a notation for construction.
12260 Consider:
12262     vector<string> vs {10};                           // ten empty strings
12263     vector<int> vi1 {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};  // ten elements 1..10
12264     vector<int> vi2 {10};                             // one element with the value 10
12266 How do we get a `vector` of 10 default initialized `int`s?
12268     vector<int> v3(10); // ten elements with value 0
12270 The use of `()` rather than `{}` for number of elements is conventional (going back to the early 1980s), hard to change, but still
12271 a design error: for a container where the element type can be confused with the number of elements, we have an ambiguity that
12272 must be resolved.
12273 The conventional resolution is to interpret `{10}` as a list of one element and use `(10)` to distinguish a size.
12275 This mistake need not be repeated in new code.
12276 We can define a type to represent the number of elements:
12278     struct Count { int n; };
12280     template<typename T>
12281     class Vector {
12282     public:
12283         Vector(Count n);                     // n default-initialized elements
12284         Vector(initializer_list<T> init);    // init.size() elements
12285         // ...
12286     };
12288     Vector<int> v1{10};
12289     Vector<int> v2{Count{10}};
12290     Vector<Count> v3{Count{10}};    // yes, there is still a very minor problem
12292 The main problem left is to find a suitable name for `Count`.
12294 ##### Enforcement
12296 Flag the C-style `(T)e` and functional-style `T(e)` casts.
12299 ### <a name="Res-deref"></a>ES.65: Don't dereference an invalid pointer
12301 ##### Reason
12303 Dereferencing an invalid pointer, such as `nullptr`, is undefined behavior, typically leading to immediate crashes,
12304 wrong results, or memory corruption.
12306 ##### Note
12308 This rule is an obvious and well-known language rule, but can be hard to follow.
12309 It takes good coding style, library support, and static analysis to eliminate violations without major overhead.
12310 This is a major part of the discussion of [C++'s model for type- and resource-safety](#Stroustrup15).
12312 **See also**:
12314 * Use [RAII](#Rr-raii) to avoid lifetime problems.
12315 * Use [unique_ptr](#Rf-unique_ptr) to avoid lifetime problems.
12316 * Use [shared_ptr](#Rf-shared_ptr) to avoid lifetime problems.
12317 * Use [references](#Rf-ptr-ref) when `nullptr` isn't a possibility.
12318 * Use [not_null](#Rf-nullptr) to catch unexpected `nullptr` early.
12319 * Use the [bounds profile](#SS-bounds) to avoid range errors.
12322 ##### Example
12324     void f()
12325     {
12326         int x = 0;
12327         int* p = &x;
12329         if (condition()) {
12330             int y = 0;
12331             p = &y;
12332         } // invalidates p
12334         *p = 42;            // BAD, p might be invalid if the branch was taken
12335     }
12337 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).
12339     void f1()
12340     {
12341         int x = 0;
12342         int* p = &x;
12344         int y = 0;
12345         if (condition()) {
12346             p = &y;
12347         }
12349         *p = 42;            // OK, p points to x or y and both are still in scope
12350     }
12352 Unfortunately, most invalid pointer problems are harder to spot and harder to fix.
12354 ##### Example
12356     void f(int* p)
12357     {
12358         int x = *p; // BAD: how do we know that p is valid?
12359     }
12361 There is a huge amount of such code.
12362 Most works -- after lots of testing -- but in isolation it is impossible to tell whether `p` could be the `nullptr`.
12363 Consequently, this is also a major source of errors.
12364 There are many approaches to dealing with this potential problem:
12366     void f1(int* p) // deal with nullptr
12367     {
12368         if (!p) {
12369             // deal with nullptr (allocate, return, throw, make p point to something, whatever
12370         }
12371         int x = *p;
12372     }
12374 There are two potential problems with testing for `nullptr`:
12376 * it is not always obvious what to do what to do if we find `nullptr`
12377 * the test can be redundant and/or relatively expensive
12378 * it is not obvious if the test is to protect against a violation or part of the required logic.
12380 <!-- comment needed for code block after list -->
12381     void f2(int* p) // state that p is not supposed to be nullptr
12382     {
12383         assert(p);
12384         int x = *p;
12385     }
12387 This would carry a cost only when the assertion checking was enabled and would give a compiler/analyzer useful information.
12388 This would work even better if/when C++ gets direct support for contracts:
12390     void f3(int* p) // state that p is not supposed to be nullptr
12391         [[expects: p]]
12392     {
12393         int x = *p;
12394     }
12396 Alternatively, we could use `gsl::not_null` to ensure that `p` is not the `nullptr`.
12398     void f(not_null<int*> p)
12399     {
12400         int x = *p;
12401     }
12403 These remedies take care of `nullptr` only.
12404 Remember that there are other ways of getting an invalid pointer.
12406 ##### Example
12408     void f(int* p)  // old code, doesn't use owner
12409     {
12410         delete p;
12411     }
12413     void g()        // old code: uses naked new
12414     {
12415         auto q = new int{7};
12416         f(q);
12417         int x = *q; // BAD: dereferences invalid pointer
12418     }
12420 ##### Example
12422     void f()
12423     {
12424         vector<int> v(10);
12425         int* p = &v[5];
12426         v.push_back(99); // could reallocate v's elements
12427         int x = *p; // BAD: dereferences potentially invalid pointer
12428     }
12430 ##### Enforcement
12432 This rule is part of the [lifetime safety profile](#SS-lifetime)
12434 * Flag a dereference of a pointer that points to an object that has gone out of scope
12435 * Flag a dereference of a pointer that might have been invalidated by assigning a `nullptr`
12436 * Flag a dereference of a pointer that might have been invalidated by a `delete`
12437 * Flag a dereference to a pointer to a container element that might have been invalidated by dereference
12440 ## ES.stmt: Statements
12442 Statements control the flow of control (except for function calls and exception throws, which are expressions).
12444 ### <a name="Res-switch-if"></a>ES.70: Prefer a `switch`-statement to an `if`-statement when there is a choice
12446 ##### Reason
12448 * Readability.
12449 * Efficiency: A `switch` compares against constants and is usually better optimized than a series of tests in an `if`-`then`-`else` chain.
12450 * A `switch` enables some heuristic consistency checking. For example, have all values of an `enum` been covered? If not, is there a `default`?
12452 ##### Example
12454     void use(int n)
12455     {
12456         switch (n) {   // good
12457         case 0:
12458             // ...
12459             break;
12460         case 7:
12461             // ...
12462             break;
12463         default:
12464             // ...
12465             break;
12466         }
12467     }
12469 rather than:
12471     void use2(int n)
12472     {
12473         if (n == 0)   // bad: if-then-else chain comparing against a set of constants
12474             // ...
12475         else if (n == 7)
12476             // ...
12477     }
12479 ##### Enforcement
12481 Flag `if`-`then`-`else` chains that check against constants (only).
12483 ### <a name="Res-for-range"></a>ES.71: Prefer a range-`for`-statement to a `for`-statement when there is a choice
12485 ##### Reason
12487 Readability. Error prevention. Efficiency.
12489 ##### Example
12491     for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i)   // bad
12492             cout << v[i] << '\n';
12494     for (auto p = v.begin(); p != v.end(); ++p)   // bad
12495         cout << *p << '\n';
12497     for (auto& x : v)    // OK
12498         cout << x << '\n';
12500     for (gsl::index i = 1; i < v.size(); ++i) // touches two elements: can't be a range-for
12501         cout << v[i] + v[i - 1] << '\n';
12503     for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i) // possible side effect: can't be a range-for
12504         cout << f(v, &v[i]) << '\n';
12506     for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i) { // body messes with loop variable: can't be a range-for
12507         if (i % 2 == 0)
12508             continue;   // skip even elements
12509         else
12510             cout << v[i] << '\n';
12511     }
12513 A human or a good static analyzer might determine that there really isn't a side effect on `v` in `f(v, &v[i])` so that the loop can be rewritten.
12515 "Messing with the loop variable" in the body of a loop is typically best avoided.
12517 ##### Note
12519 Don't use expensive copies of the loop variable of a range-`for` loop:
12521     for (string s : vs) // ...
12523 This will copy each elements of `vs` into `s`. Better:
12525     for (string& s : vs) // ...
12527 Better still, if the loop variable isn't modified or copied:
12529     for (const string& s : vs) // ...
12531 ##### Enforcement
12533 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.
12535 ### <a name="Res-for-while"></a>ES.72: Prefer a `for`-statement to a `while`-statement when there is an obvious loop variable
12537 ##### Reason
12539 Readability: the complete logic of the loop is visible "up front". The scope of the loop variable can be limited.
12541 ##### Example
12543     for (gsl::index i = 0; i < vec.size(); i++) {
12544         // do work
12545     }
12547 ##### Example, bad
12549     int i = 0;
12550     while (i < vec.size()) {
12551         // do work
12552         i++;
12553     }
12555 ##### Enforcement
12559 ### <a name="Res-while-for"></a>ES.73: Prefer a `while`-statement to a `for`-statement when there is no obvious loop variable
12561 ##### Reason
12563 Readability.
12565 ##### Example
12567     int events = 0;
12568     for (; wait_for_event(); ++events) {  // bad, confusing
12569         // ...
12570     }
12572 The "event loop" is misleading because the `events` counter has nothing to do with the loop condition (`wait_for_event()`).
12573 Better
12575     int events = 0;
12576     while (wait_for_event()) {      // better
12577         ++events;
12578         // ...
12579     }
12581 ##### Enforcement
12583 Flag actions in `for`-initializers and `for`-increments that do not relate to the `for`-condition.
12585 ### <a name="Res-for-init"></a>ES.74: Prefer to declare a loop variable in the initializer part of a `for`-statement
12587 ##### Reason
12589 Limit the loop variable visibility to the scope of the loop.
12590 Avoid using the loop variable for other purposes after the loop.
12592 ##### Example
12594     for (int i = 0; i < 100; ++i) {   // GOOD: i var is visible only inside the loop
12595         // ...
12596     }
12598 ##### Example, don't
12600     int j;                            // BAD: j is visible outside the loop
12601     for (j = 0; j < 100; ++j) {
12602         // ...
12603     }
12604     // j is still visible here and isn't needed
12606 **See also**: [Don't use a variable for two unrelated purposes](#Res-recycle)
12608 ##### Example
12610     for (string s; cin >> s; ) {
12611         cout << s << '\n';
12612     }
12614 ##### Enforcement
12616 Warn when a variable modified inside the `for`-statement is declared outside the loop and not being used outside the loop.
12618 **Discussion**: Scoping the loop variable to the loop body also helps code optimizers greatly. Recognizing that the induction variable
12619 is only accessible in the loop body unblocks optimizations such as hoisting, strength reduction, loop-invariant code motion, etc.
12621 ### <a name="Res-do"></a>ES.75: Avoid `do`-statements
12623 ##### Reason
12625 Readability, avoidance of errors.
12626 The termination condition is at the end (where it can be overlooked) and the condition is not checked the first time through.
12628 ##### Example
12630     int x;
12631     do {
12632         cin >> x;
12633         // ...
12634     } while (x < 0);
12636 ##### Note
12638 Yes, there are genuine examples where a `do`-statement is a clear statement of a solution, but also many bugs.
12640 ##### Enforcement
12642 Flag `do`-statements.
12644 ### <a name="Res-goto"></a>ES.76: Avoid `goto`
12646 ##### Reason
12648 Readability, avoidance of errors. There are better control structures for humans; `goto` is for machine generated code.
12650 ##### Exception
12652 Breaking out of a nested loop.
12653 In that case, always jump forwards.
12655     for (int i = 0; i < imax; ++i)
12656         for (int j = 0; j < jmax; ++j) {
12657             if (a[i][j] > elem_max) goto finished;
12658             // ...
12659         }
12660     finished:
12661     // ...
12663 ##### Example, bad
12665 There is a fair amount of use of the C goto-exit idiom:
12667     void f()
12668     {
12669         // ...
12670             goto exit;
12671         // ...
12672             goto exit;
12673         // ...
12674     exit:
12675         // ... common cleanup code ...
12676     }
12678 This is an ad-hoc simulation of destructors.
12679 Declare your resources with handles with destructors that clean up.
12680 If for some reason you cannot handle all cleanup with destructors for the variables used,
12681 consider `gsl::finally()` as a cleaner and more reliable alternative to `goto exit`
12683 ##### Enforcement
12685 * 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.
12687 ### <a name="Res-continue"></a>ES.77: Minimize the use of `break` and `continue` in loops
12689 ##### Reason
12691  In a non-trivial loop body, it is easy to overlook a `break` or a `continue`.
12693  A `break` in a loop has a dramatically different meaning than a `break` in a `switch`-statement
12694  (and you can have `switch`-statement in a loop and a loop in a `switch`-case).
12696 ##### Example
12698     switch(x) {
12699     case 1 :
12700         while (/* some condition */) {
12701             //...
12702         break;
12703         } //Oops! break switch or break while intended?
12704     case 2 :
12705         //...
12706         break;
12707     }
12709 ##### Alternative
12711 Often, a loop that requires a `break` is a good candidate for a function (algorithm), in which case the `break` becomes a `return`.
12713     //Original code: break inside loop
12714     void use1()
12715     {
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     {
12730         for (const T &item : vec) {
12731             if (/* some condition*/) return item;
12732         }
12733         return T(); //default value
12734     }
12735     
12736     void use2()
12737     {
12738         std::vector<T> vec = {/* initialized with some values */};
12739         T value = search(vec);
12740         /* then do something with value */
12741     }
12743 Often, a loop that uses `continue` can equivalently and as clearly be expressed by an `if`-statement.
12745     for (int item : vec) { //BAD
12746         if (item%2 == 0) continue;
12747         if (item == 5) continue;
12748         if (item > 10) continue;
12749         /* do something with item */
12750     }
12751     
12752     for (int item : vec) { //GOOD
12753         if (item%2 != 0 && item != 5 && item <= 10) {
12754             /* do something with item */
12755         }
12756     }
12758 ##### Note
12760 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):
12763 ##### Enforcement
12767 ### <a name="Res-break"></a>ES.78: Don't rely on implicit fallthrough in `switch` statements
12769 ##### Reason
12771 Always end a non-empty `case` with a `break`. Accidentally leaving out a `break` is a fairly common bug.
12772 A deliberate fallthrough can be a maintenance hazard and should be rare and explicit.
12774 ##### Example
12776     switch (eventType) {
12777     case Information:
12778         update_status_bar();
12779         break;
12780     case Warning:
12781         write_event_log();
12782         // Bad - implicit fallthrough
12783     case Error:
12784         display_error_window();
12785         break;
12786     }
12788 Multiple case labels of a single statement is OK:
12790     switch (x) {
12791     case 'a':
12792     case 'b':
12793     case 'f':
12794         do_something(x);
12795         break;
12796     }
12798 Return statements in a case label are also OK:
12799     switch (x) {
12800     case 'a':
12801         return 1;
12802     case 'b':
12803         return 2;
12804     case 'c':
12805         return 3;
12806     }
12808 ##### Exceptions
12810 In rare cases if fallthrough is deemed appropriate, be explicit and use the `[[fallthrough]]` annotation:
12812     switch (eventType) {
12813     case Information:
12814         update_status_bar();
12815         break;
12816     case Warning:
12817         write_event_log();
12818         [[fallthrough]];
12819     case Error:
12820         display_error_window();
12821         break;
12822     }
12824 ##### Note
12826 ##### Enforcement
12828 Flag all implicit fallthroughs from non-empty `case`s.
12831 ### <a name="Res-default"></a>ES.79: Use `default` to handle common cases (only)
12833 ##### Reason
12835  Code clarity.
12836  Improved opportunities for error detection.
12838 ##### Example
12840     enum E { a, b, c , d };
12842     void f1(E x)
12843     {
12844         switch (x) {
12845         case a:
12846             do_something();
12847             break;
12848         case b:
12849             do_something_else();
12850             break;
12851         default:
12852             take_the_default_action();
12853             break;
12854         }
12855     }
12857 Here it is clear that there is a default action and that cases `a` and `b` are special.
12859 ##### Example
12861 But what if there is no default action and you mean to handle only specific cases?
12862 In that case, have an empty default or else it is impossible to know if you meant to handle all cases:
12864     void f2(E x)
12865     {
12866         switch (x) {
12867         case a:
12868             do_something();
12869             break;
12870         case b:
12871             do_something_else();
12872             break;
12873         default:
12874             // do nothing for the rest of the cases
12875             break;
12876         }
12877     }
12879 If you leave out the `default`, a maintainer and/or a compiler might reasonably assume that you intended to handle all cases:
12881     void f2(E x)
12882     {
12883         switch (x) {
12884         case a:
12885             do_something();
12886             break;
12887         case b:
12888         case c:
12889             do_something_else();
12890             break;
12891         }
12892     }
12894 Did you forget case `d` or deliberately leave it out?
12895 Forgetting a case typically happens when a case is added to an enumeration and the person doing so fails to add it to every
12896 switch over the enumerators.
12898 ##### Enforcement
12900 Flag `switch`-statements over an enumeration that don't handle all enumerators and do not have a `default`.
12901 This might yield too many false positives in some code bases; if so, flag only `switch`es that handle most but not all cases
12902 (that was the strategy of the very first C++ compiler).
12904 ### <a name="Res-noname"></a>ES.84: Don't try to declare a local variable with no name
12906 ##### Reason
12908 There is no such thing.
12909 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.
12911 ##### Example, bad
12913     void f()
12914     {
12915         lock<mutex>{mx};   // Bad
12916         // ...
12917     }
12919 This declares an unnamed `lock` object that immediately goes out of scope at the point of the semicolon.
12920 This is not an uncommon mistake.
12921 In particular, this particular example can lead to hard-to find race conditions.
12923 ##### Note
12925 Unnamed function arguments are fine.
12927 ##### Enforcement
12929 Flag statements that are just a temporary.
12931 ### <a name="Res-empty"></a>ES.85: Make empty statements visible
12933 ##### Reason
12935 Readability.
12937 ##### Example
12939     for (i = 0; i < max; ++i);   // BAD: the empty statement is easily overlooked
12940     v[i] = f(v[i]);
12942     for (auto x : v) {           // better
12943         // nothing
12944     }
12945     v[i] = f(v[i]);
12947 ##### Enforcement
12949 Flag empty statements that are not blocks and don't contain comments.
12951 ### <a name="Res-loop-counter"></a>ES.86: Avoid modifying loop control variables inside the body of raw for-loops
12953 ##### Reason
12955 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.
12957 ##### Example
12959     for (int i = 0; i < 10; ++i) {
12960         // no updates to i -- ok
12961     }
12963     for (int i = 0; i < 10; ++i) {
12964         //
12965         if (/* something */) ++i; // BAD
12966         //
12967     }
12969     bool skip = false;
12970     for (int i = 0; i < 10; ++i) {
12971         if (skip) { skip = false; continue; }
12972         //
12973         if (/* something */) skip = true;  // Better: using two variables for two concepts.
12974         //
12975     }
12977 ##### Enforcement
12979 Flag variables that are potentially updated (have a non-`const` use) in both the loop control iteration-expression and the loop body.
12982 ### <a name="Res-if"></a>ES.87: Don't add redundant `==` or `!=` to conditions
12984 ##### Reason
12986 Doing so avoids verbosity and eliminates some opportunities for mistakes.
12987 Helps make style consistent and conventional.
12989 ##### Example
12991 By definition, a condition in an `if`-statement, `while`-statement, or a `for`-statement selects between `true` and `false`.
12992 A numeric value is compared to `0` and a pointer value to `nullptr`.
12994     // These all mean "if `p` is not `nullptr`"
12995     if (p) { ... }            // good
12996     if (p != 0) { ... }       // redundant `!=0`; bad: don't use 0 for pointers
12997     if (p != nullptr) { ... } // redundant `!=nullptr`, not recommended
12999 Often, `if (p)` is read as "if `p` is valid" which is a direct expression of the programmers intent,
13000 whereas `if (p != nullptr)` would be a long-winded workaround.
13002 ##### Example
13004 This rule is especially useful when a declaration is used as a condition
13006     if (auto pc = dynamic_cast<Circle>(ps)) { ... } // execute if ps points to a kind of Circle, good
13008     if (auto pc = dynamic_cast<Circle>(ps); pc != nullptr) { ... } // not recommended
13010 ##### Example
13012 Note that implicit conversions to bool are applied in conditions.
13013 For example:
13015     for (string s; cin >> s; ) v.push_back(s);
13017 This invokes `istream`'s `operator bool()`.
13019 ##### Note
13021 Explicit comparison of an integer to `0` is in general not redundant.
13022 The reason is that (as opposed to pointers and Booleans) an integer often has more than two reasonable values.
13023 Furthermore `0` (zero) is often used to indicate success.
13024 Consequently, it is best to be specific about the comparison.
13026     void f(int i)
13027     {
13028         if (i)            // suspect
13029         // ...
13030         if (i == success) // possibly better
13031         // ...
13032     }
13034 Always remember that an integer can have more than two values.
13036 ##### Example, bad
13038 It has been noted that
13040     if(strcmp(p1, p2)) { ... }   // are the two C-style strings equal? (mistake!)
13042 is a common beginners error.
13043 If you use C-style strings, you must know the `<cstring>` functions well.
13044 Being verbose and writing
13046     if(strcmp(p1, p2) != 0) { ... }   // are the two C-style strings equal? (mistake!)
13048 would not in itself save you.
13050 ##### Note
13052 The opposite condition is most easily expressed using a negation:
13054     // These all mean "if `p` is `nullptr`"
13055     if (!p) { ... }           // good
13056     if (p == 0) { ... }       // redundant `== 0`; bad: don't use `0` for pointers
13057     if (p == nullptr) { ... } // redundant `== nullptr`, not recommended
13059 ##### Enforcement
13061 Easy, just check for redundant use of `!=` and `==` in conditions.
13065 ## <a name="SS-numbers"></a>Arithmetic
13067 ### <a name="Res-mix"></a>ES.100: Don't mix signed and unsigned arithmetic
13069 ##### Reason
13071 Avoid wrong results.
13073 ##### Example
13075     int x = -3;
13076     unsigned int y = 7;
13078     cout << x - y << '\n';  // unsigned result, possibly 4294967286
13079     cout << x + y << '\n';  // unsigned result: 4
13080     cout << x * y << '\n';  // unsigned result, possibly 4294967275
13082 It is harder to spot the problem in more realistic examples.
13084 ##### Note
13086 Unfortunately, C++ uses signed integers for array subscripts and the standard library uses unsigned integers for container subscripts.
13087 This precludes consistency. Use `gsl::index` for subscripts; [see ES.107](#Res-subscripts).
13089 ##### Enforcement
13091 * Compilers already know and sometimes warn.
13092 * (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`.
13095 ### <a name="Res-unsigned"></a>ES.101: Use unsigned types for bit manipulation
13097 ##### Reason
13099 Unsigned types support bit manipulation without surprises from sign bits.
13101 ##### Example
13103     unsigned char x = 0b1010'1010;
13104     unsigned char y = ~x;   // y == 0b0101'0101;
13106 ##### Note
13108 Unsigned types can also be useful for modulo arithmetic.
13109 However, if you want modulo arithmetic add
13110 comments as necessary noting the reliance on wraparound behavior, as such code
13111 can be surprising for many programmers.
13113 ##### Enforcement
13115 * Just about impossible in general because of the use of unsigned subscripts in the standard library
13116 * ???
13118 ### <a name="Res-signed"></a>ES.102: Use signed types for arithmetic
13120 ##### Reason
13122 Because most arithmetic is assumed to be signed;
13123 `x - y` yields a negative number when `y > x` except in the rare cases where you really want modulo arithmetic.
13125 ##### Example
13127 Unsigned arithmetic can yield surprising results if you are not expecting it.
13128 This is even more true for mixed signed and unsigned arithmetic.
13130     template<typename T, typename T2>
13131     T subtract(T x, T2 y)
13132     {
13133         return x - y;
13134     }
13136     void test()
13137     {
13138         int s = 5;
13139         unsigned int us = 5;
13140         cout << subtract(s, 7) << '\n';       // -2
13141         cout << subtract(us, 7u) << '\n';     // 4294967294
13142         cout << subtract(s, 7u) << '\n';      // -2
13143         cout << subtract(us, 7) << '\n';      // 4294967294
13144         cout << subtract(s, us + 2) << '\n';  // -2
13145         cout << subtract(us, s + 2) << '\n';  // 4294967294
13146     }
13148 Here we have been very explicit about what's happening,
13149 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`?
13151 ##### Exception
13153 Use unsigned types if you really want modulo arithmetic - add
13154 comments as necessary noting the reliance on overflow behavior, as such code
13155 is going to be surprising for many programmers.
13157 ##### Example
13159 The standard library uses unsigned types for subscripts.
13160 The built-in array uses signed types for subscripts.
13161 This makes surprises (and bugs) inevitable.
13163     int a[10];
13164     for (int i = 0; i < 10; ++i) a[i] = i;
13165     vector<int> v(10);
13166     // compares signed to unsigned; some compilers warn, but we should not
13167     for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i) v[i] = i;
13169     int a2[-2];         // error: negative size
13171     // OK, but the number of ints (4294967294) is so large that we should get an exception
13172     vector<int> v2(-2);
13174  Use `gsl::index` for subscripts; [see ES.107](#Res-subscripts).
13176 ##### Enforcement
13178 * Flag mixed signed and unsigned arithmetic
13179 * Flag results of unsigned arithmetic assigned to or printed as signed.
13180 * Flag negative literals (e.g. `-2`) used as container subscripts.
13181 * (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`.
13184 ### <a name="Res-overflow"></a>ES.103: Don't overflow
13186 ##### Reason
13188 Overflow usually makes your numeric algorithm meaningless.
13189 Incrementing a value beyond a maximum value can lead to memory corruption and undefined behavior.
13191 ##### Example, bad
13193     int a[10];
13194     a[10] = 7;   // bad, array bounds overflow
13196     for (int n = 0; n <= 10; ++n)
13197         a[n] = 9;   // bad, array bounds overflow
13199 ##### Example, bad
13201     int n = numeric_limits<int>::max();
13202     int m = n + 1;   // bad, numeric overflow
13204 ##### Example, bad
13206     int area(int h, int w) { return h * w; }
13208     auto a = area(10'000'000, 100'000'000);   // bad, numeric overflow
13210 ##### Exception
13212 Use unsigned types if you really want modulo arithmetic.
13214 **Alternative**: For critical applications that can afford some overhead, use a range-checked integer and/or floating-point type.
13216 ##### Enforcement
13220 ### <a name="Res-underflow"></a>ES.104: Don't underflow
13222 ##### Reason
13224 Decrementing a value beyond a minimum value can lead to memory corruption and undefined behavior.
13226 ##### Example, bad
13228     int a[10];
13229     a[-2] = 7;   // bad
13231     int n = 101;
13232     while (n--)
13233         a[n - 1] = 9;   // bad (twice)
13235 ##### Exception
13237 Use unsigned types if you really want modulo arithmetic.
13239 ##### Enforcement
13243 ### <a name="Res-zero"></a>ES.105: Don't divide by integer zero
13245 ##### Reason
13247 The result is undefined and probably a crash.
13249 ##### Note
13251 This also applies to `%`.
13253 ##### Example, bad
13255     int divide(int a, int b)
13256     {
13257         // BAD, should be checked (e.g., in a precondition)
13258         return a / b;
13259     }
13261 ##### Example, good
13263     int divide(int a, int b)
13264     {
13265         // good, address via precondition (and replace with contracts once C++ gets them)
13266         Expects(b != 0);
13267         return a / b;
13268     }
13270     double divide(double a, double b)
13271     {
13272         // good, address via using double instead
13273         return a / b;
13274     }
13276 **Alternative**: For critical applications that can afford some overhead, use a range-checked integer and/or floating-point type.
13278 ##### Enforcement
13280 * Flag division by an integral value that could be zero
13283 ### <a name="Res-nonnegative"></a>ES.106: Don't try to avoid negative values by using `unsigned`
13285 ##### Reason
13287 Choosing `unsigned` implies many changes to the usual behavior of integers, including modulo arithmetic,
13288 can suppress warnings related to overflow,
13289 and opens the door for errors related to signed/unsigned mixes.
13290 Using `unsigned` doesn't actually eliminate the possibility of negative values.
13292 ##### Example
13294     unsigned int u1 = -2;   // Valid: the value of u1 is 4294967294
13295     int i1 = -2;
13296     unsigned int u2 = i1;   // Valid: the value of u2 is 4294967294
13297     int i2 = u2;            // Valid: the value of i2 is -2
13299 These problems with such (perfectly legal) constructs are hard to spot in real code and are the source of many real-world errors.
13300 Consider:
13302     unsigned area(unsigned height, unsigned width) { return height*width; } // [see also](#Ri-expects)
13303     // ...
13304     int height;
13305     cin >> height;
13306     auto a = area(height, 2);   // if the input is -2 a becomes 4294967292
13308 Remember that `-1` when assigned to an `unsigned int` becomes the largest `unsigned int`.
13309 Also, since unsigned arithmetic is modulo arithmetic the multiplication didn't overflow, it wrapped around.
13311 ##### Example
13313     unsigned max = 100000;    // "accidental typo", I mean to say 10'000
13314     unsigned short x = 100;
13315     while (x < max) x += 100; // infinite loop
13317 Had `x` been a signed `short`, we could have warned about the undefined behavior upon overflow.
13319 ##### Alternatives
13321 * use signed integers and check for `x >= 0`
13322 * use a positive integer type
13323 * use an integer subrange type
13324 * `Assert(-1 < x)`
13326 For example
13328     struct Positive {
13329         int val;
13330         Positive(int x) :val{x} { Assert(0 < x); }
13331         operator int() { return val; }
13332     };
13334     int f(Positive arg) { return arg; }
13336     int r1 = f(2);
13337     int r2 = f(-2);  // throws
13339 ##### Note
13343 ##### Enforcement
13345 See ES.100 Enforcements.
13348 ### <a name="Res-subscripts"></a>ES.107: Don't use `unsigned` for subscripts, prefer `gsl::index`
13350 ##### Reason
13352 To avoid signed/unsigned confusion.
13353 To enable better optimization.
13354 To enable better error detection.
13355 To avoid the pitfalls with `auto` and `int`.
13357 ##### Example, bad
13359     vector<int> vec = /*...*/;
13361     for (int i = 0; i < vec.size(); i += 2)                    // might not be big enough
13362         cout << vec[i] << '\n';
13363     for (unsigned i = 0; i < vec.size(); i += 2)               // risk wraparound
13364         cout << vec[i] << '\n';
13365     for (auto i = 0; i < vec.size(); i += 2)                   // might not be big enough
13366         cout << vec[i] << '\n';
13367     for (vector<int>::size_type i = 0; i < vec.size(); i += 2) // verbose
13368         cout << vec[i] << '\n';
13369     for (auto i = vec.size()-1; i >= 0; i -= 2)                // bug
13370         cout << vec[i] << '\n';
13371     for (int i = vec.size()-1; i >= 0; i -= 2)                 // might not be big enough
13372         cout << vec[i] << '\n';
13374 ##### Example, good
13376     vector<int> vec = /*...*/;
13378     for (gsl::index i = 0; i < vec.size(); i += 2)             // ok
13379         cout << vec[i] << '\n';
13380     for (gsl::index i = vec.size()-1; i >= 0; i -= 2)          // ok
13381         cout << vec[i] << '\n';
13383 ##### Note
13385 The built-in array uses signed subscripts.
13386 The standard-library containers use unsigned subscripts.
13387 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).
13388 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`.
13390 ##### Example
13392     template<typename T>
13393     struct My_container {
13394     public:
13395         // ...
13396         T& operator[](gsl::index i);    // not unsigned
13397         // ...
13398     };
13400 ##### Example
13402     ??? demonstrate improved code generation and potential for error detection ???
13404 ##### Alternatives
13406 Alternatives for users
13408 * use algorithms
13409 * use range-for
13410 * use iterators/pointers
13412 ##### Enforcement
13414 * Very tricky as long as the standard-library containers get it wrong.
13415 * (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`.
13420 # <a name="S-performance"></a>Per: Performance
13422 ??? should this section be in the main guide???
13424 This section contains rules for people who need high performance or low-latency.
13425 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.
13426 The rules in this section are more restrictive and intrusive than what is needed for many (most) applications.
13427 Do not naïvely try to follow them in general code: achieving the goals of low latency requires extra work.
13429 Performance rule summary:
13431 * [Per.1: Don't optimize without reason](#Rper-reason)
13432 * [Per.2: Don't optimize prematurely](#Rper-Knuth)
13433 * [Per.3: Don't optimize something that's not performance critical](#Rper-critical)
13434 * [Per.4: Don't assume that complicated code is necessarily faster than simple code](#Rper-simple)
13435 * [Per.5: Don't assume that low-level code is necessarily faster than high-level code](#Rper-low)
13436 * [Per.6: Don't make claims about performance without measurements](#Rper-measure)
13437 * [Per.7: Design to enable optimization](#Rper-efficiency)
13438 * [Per.10: Rely on the static type system](#Rper-type)
13439 * [Per.11: Move computation from run time to compile time](#Rper-Comp)
13440 * [Per.12: Eliminate redundant aliases](#Rper-alias)
13441 * [Per.13: Eliminate redundant indirections](#Rper-indirect)
13442 * [Per.14: Minimize the number of allocations and deallocations](#Rper-alloc)
13443 * [Per.15: Do not allocate on a critical branch](#Rper-alloc0)
13444 * [Per.16: Use compact data structures](#Rper-compact)
13445 * [Per.17: Declare the most used member of a time-critical struct first](#Rper-struct)
13446 * [Per.18: Space is time](#Rper-space)
13447 * [Per.19: Access memory predictably](#Rper-access)
13448 * [Per.30: Avoid context switches on the critical path](#Rper-context)
13450 ### <a name="Rper-reason"></a>Per.1: Don't optimize without reason
13452 ##### Reason
13454 If there is no need for optimization, the main result of the effort will be more errors and higher maintenance costs.
13456 ##### Note
13458 Some people optimize out of habit or because it's fun.
13462 ### <a name="Rper-Knuth"></a>Per.2: Don't optimize prematurely
13464 ##### Reason
13466 Elaborately optimized code is usually larger and harder to change than unoptimized code.
13470 ### <a name="Rper-critical"></a>Per.3: Don't optimize something that's not performance critical
13472 ##### Reason
13474 Optimizing a non-performance-critical part of a program has no effect on system performance.
13476 ##### Note
13478 If your program spends most of its time waiting for the web or for a human, optimization of in-memory computation is probably useless.
13480 Put another way: If your program spends 4% of its processing time doing
13481 computation A and 40% of its time doing computation B, a 50% improvement on A is
13482 only as impactful as a 5% improvement on B. (If you don't even know how much
13483 time is spent on A or B, see <a href="#Rper-reason">Per.1</a> and <a
13484 href="#Rper-Knuth">Per.2</a>.)
13486 ### <a name="Rper-simple"></a>Per.4: Don't assume that complicated code is necessarily faster than simple code
13488 ##### Reason
13490 Simple code can be very fast. Optimizers sometimes do marvels with simple code
13492 ##### Example, good
13494     // clear expression of intent, fast execution
13496     vector<uint8_t> v(100000);
13498     for (auto& c : v)
13499         c = ~c;
13501 ##### Example, bad
13503     // intended to be faster, but is often slower
13505     vector<uint8_t> v(100000);
13507     for (size_t i = 0; i < v.size(); i += sizeof(uint64_t)) {
13508         uint64_t& quad_word = *reinterpret_cast<uint64_t*>(&v[i]);
13509         quad_word = ~quad_word;
13510     }
13512 ##### Note
13518 ### <a name="Rper-low"></a>Per.5: Don't assume that low-level code is necessarily faster than high-level code
13520 ##### Reason
13522 Low-level code sometimes inhibits optimizations. Optimizers sometimes do marvels with high-level code.
13524 ##### Note
13530 ### <a name="Rper-measure"></a>Per.6: Don't make claims about performance without measurements
13532 ##### Reason
13534 The field of performance is littered with myth and bogus folklore.
13535 Modern hardware and optimizers defy naive assumptions; even experts are regularly surprised.
13537 ##### Note
13539 Getting good performance measurements can be hard and require specialized tools.
13541 ##### Note
13543 A few simple microbenchmarks using Unix `time` or the standard-library `<chrono>` can help dispel the most obvious myths.
13544 If you can't measure your complete system accurately, at least try to measure a few of your key operations and algorithms.
13545 A profiler can help tell you which parts of your system are performance critical.
13546 Often, you will be surprised.
13550 ### <a name="Rper-efficiency"></a>Per.7: Design to enable optimization
13552 ##### Reason
13554 Because we often need to optimize the initial design.
13555 Because a design that ignores the possibility of later improvement is hard to change.
13557 ##### Example
13559 From the C (and C++) standard:
13561     void qsort (void* base, size_t num, size_t size, int (*compar)(const void*, const void*));
13563 When did you even want to sort memory?
13564 Really, we sort sequences of elements, typically stored in containers.
13565 A call to `qsort` throws away much useful information (e.g., the element type), forces the user to repeat information
13566 already known (e.g., the element size), and forces the user to write extra code (e.g., a function to compare `double`s).
13567 This implies added work for the programmer, is error-prone, and deprives the compiler of information needed for optimization.
13569     double data[100];
13570     // ... fill a ...
13572     // 100 chunks of memory of sizeof(double) starting at
13573     // address data using the order defined by compare_doubles
13574     qsort(data, 100, sizeof(double), compare_doubles);
13576 From the point of view of interface design is that `qsort` throws away useful information.
13578 We can do better (in C++98)
13580     template<typename Iter>
13581         void sort(Iter b, Iter e);  // sort [b:e)
13583     sort(data, data + 100);
13585 Here, we use the compiler's knowledge about the size of the array, the type of elements, and how to compare `double`s.
13587 With C++11 plus [concepts](#SS-concepts), we can do better still
13589     // Sortable specifies that c must be a
13590     // random-access sequence of elements comparable with <
13591     void sort(Sortable& c);
13593     sort(c);
13595 The key is to pass sufficient information for a good implementation to be chosen.
13596 In this, the `sort` interfaces shown here still have a weakness:
13597 They implicitly rely on the element type having less-than (`<`) defined.
13598 To complete the interface, we need a second version that accepts a comparison criteria:
13600     // compare elements of c using p
13601     void sort(Sortable& c, Predicate<Value_type<Sortable>> p);
13603 The standard-library specification of `sort` offers those two versions,
13604 but the semantics is expressed in English rather than code using concepts.
13606 ##### Note
13608 Premature optimization is said to be [the root of all evil](#Rper-Knuth), but that's not a reason to despise performance.
13609 It is never premature to consider what makes a design amenable to improvement, and improved performance is a commonly desired improvement.
13610 Aim to build a set of habits that by default results in efficient, maintainable, and optimizable code.
13611 In particular, when you write a function that is not a one-off implementation detail, consider
13613 * Information passing:
13614 Prefer clean [interfaces](#S-interfaces) carrying sufficient information for later improvement of implementation.
13615 Note that information flows into and out of an implementation through the interfaces we provide.
13616 * Compact data: By default, [use compact data](#Rper-compact), such as `std::vector` and [access it in a systematic fashion](#Rper-access).
13617 If you think you need a linked structure, try to craft the interface so that this structure isn't seen by users.
13618 * Function argument passing and return:
13619 Distinguish between mutable and non-mutable data.
13620 Don't impose a resource management burden on your users.
13621 Don't impose spurious run-time indirections on your users.
13622 Use [conventional ways](#Rf-conventional) of passing information through an interface;
13623 unconventional and/or "optimized" ways of passing data can seriously complicate later reimplementation.
13624 * Abstraction:
13625 Don't overgeneralize; a design that tries to cater for every possible use (and misuse) and defers every design decision for later
13626 (using compile-time or run-time indirections) is usually a complicated, bloated, hard-to-understand mess.
13627 Generalize from concrete examples, preserving performance as we generalize.
13628 Do not generalize based on mere speculation about future needs.
13629 The ideal is zero-overhead generalization.
13630 * Libraries:
13631 Use libraries with good interfaces.
13632 If no library is available build one yourself and imitate the interface style from a good library.
13633 The [standard library](#S-stdlib) is a good first place to look for inspiration.
13634 * Isolation:
13635 Isolate your code from messy and/or old-style code by providing an interface of your choosing to it.
13636 This is sometimes called "providing a wrapper" for the useful/necessary but messy code.
13637 Don't let bad designs "bleed into" your code.
13639 ##### Example
13641 Consider:
13643     template<class ForwardIterator, class T>
13644     bool binary_search(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);
13646 `binary_search(begin(c), end(c), 7)` will tell you whether `7` is in `c` or not.
13647 However, it will not tell you where that `7` is or whether there are more than one `7`.
13649 Sometimes, just passing the minimal amount of information back (here, `true` or `false`) is sufficient, but a good interface passes
13650 needed information back to the caller. Therefore, the standard library also offers
13652     template<class ForwardIterator, class T>
13653     ForwardIterator lower_bound(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);
13655 `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.
13657 However, `lower_bound` still doesn't return enough information for all uses, so the standard library also offers
13659     template<class ForwardIterator, class T>
13660     pair<ForwardIterator, ForwardIterator>
13661     equal_range(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);
13663 `equal_range` returns a `pair` of iterators specifying the first and one beyond last match.
13665     auto r = equal_range(begin(c), end(c), 7);
13666     for (auto p = r.first; p != r.second; ++p)
13667         cout << *p << '\n';
13669 Obviously, these three interfaces are implemented by the same basic code.
13670 They are simply three ways of presenting the basic binary search algorithm to users,
13671 ranging from the simplest ("make simple things simple!")
13672 to returning complete, but not always needed, information ("don't hide useful information").
13673 Naturally, crafting such a set of interfaces requires experience and domain knowledge.
13675 ##### Note
13677 Do not simply craft the interface to match the first implementation and the first use case you think of.
13678 Once your first initial implementation is complete, review it; once you deploy it, mistakes will be hard to remedy.
13680 ##### Note
13682 A need for efficiency does not imply a need for [low-level code](#Rper-low).
13683 High-level code does not imply slow or bloated.
13685 ##### Note
13687 Things have costs.
13688 Don't be paranoid about costs (modern computers really are very fast),
13689 but have a rough idea of the order of magnitude of cost of what you use.
13690 For example, have a rough idea of the cost of
13691 a memory access,
13692 a function call,
13693 a string comparison,
13694 a system call,
13695 a disk access,
13696 and a message through a network.
13698 ##### Note
13700 If you can only think of one implementation, you probably don't have something for which you can devise a stable interface.
13701 Maybe, it is just an implementation detail - not every piece of code needs a stable interface - but pause and consider.
13702 One question that can be useful is
13703 "what interface would be needed if this operation should be implemented using multiple threads? be vectorized?"
13705 ##### Note
13707 This rule does not contradict the [Don't optimize prematurely](#Rper-Knuth) rule.
13708 It complements it encouraging developers enable later - appropriate and non-premature - optimization, if and where needed.
13710 ##### Enforcement
13712 Tricky.
13713 Maybe looking for `void*` function arguments will find examples of interfaces that hinder later optimization.
13715 ### <a name="Rper-type"></a>Per.10: Rely on the static type system
13717 ##### Reason
13719 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.
13723 ### <a name="Rper-Comp"></a>Per.11: Move computation from run time to compile time
13725 ##### Reason
13727 To decrease code size and run time.
13728 To avoid data races by using constants.
13729 To catch errors at compile time (and thus eliminate the need for error-handling code).
13731 ##### Example
13733     double square(double d) { return d*d; }
13734     static double s2 = square(2);    // old-style: dynamic initialization
13736     constexpr double ntimes(double d, int n)   // assume 0 <= n
13737     {
13738             double m = 1;
13739             while (n--) m *= d;
13740             return m;
13741     }
13742     constexpr double s3 {ntimes(2, 3)};  // modern-style: compile-time initialization
13744 Code like the initialization of `s2` isn't uncommon, especially for initialization that's a bit more complicated than `square()`.
13745 However, compared to the initialization of `s3` there are two problems:
13747 * we suffer the overhead of a function call at run time
13748 * `s2` just might be accessed by another thread before the initialization happens.
13750 Note: you can't have a data race on a constant.
13752 ##### Example
13754 Consider a popular technique for providing a handle for storing small objects in the handle itself and larger ones on the heap.
13756     constexpr int on_stack_max = 20;
13758     template<typename T>
13759     struct Scoped {     // store a T in Scoped
13760             // ...
13761         T obj;
13762     };
13764     template<typename T>
13765     struct On_heap {    // store a T on the free store
13766             // ...
13767             T* objp;
13768     };
13770     template<typename T>
13771     using Handle = typename std::conditional<(sizeof(T) <= on_stack_max),
13772                         Scoped<T>,      // first alternative
13773                         On_heap<T>      // second alternative
13774                    >::type;
13776     void f()
13777     {
13778         Handle<double> v1;                   // the double goes on the stack
13779         Handle<std::array<double, 200>> v2;  // the array goes on the free store
13780         // ...
13781     }
13783 Assume that `Scoped` and `On_heap` provide compatible user interfaces.
13784 Here we compute the optimal type to use at compile time.
13785 There are similar techniques for selecting the optimal function to call.
13787 ##### Note
13789 The ideal is {not} to try execute everything at compile time.
13790 Obviously, most computations depend on inputs so they can't be moved to compile time,
13791 but beyond that logical constraint is the fact that complex compile-time computation can seriously increase compile times
13792 and complicate debugging.
13793 It is even possible to slow down code by compile-time computation.
13794 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.
13796 ##### Enforcement
13798 * Look for simple functions that might be constexpr (but are not).
13799 * Look for functions called with all constant-expression arguments.
13800 * Look for macros that could be constexpr.
13802 ### <a name="Rper-alias"></a>Per.12: Eliminate redundant aliases
13806 ### <a name="Rper-indirect"></a>Per.13: Eliminate redundant indirections
13810 ### <a name="Rper-alloc"></a>Per.14: Minimize the number of allocations and deallocations
13814 ### <a name="Rper-alloc0"></a>Per.15: Do not allocate on a critical branch
13818 ### <a name="Rper-compact"></a>Per.16: Use compact data structures
13820 ##### Reason
13822 Performance is typically dominated by memory access times.
13826 ### <a name="Rper-struct"></a>Per.17: Declare the most used member of a time-critical struct first
13830 ### <a name="Rper-space"></a>Per.18: Space is time
13832 ##### Reason
13834 Performance is typically dominated by memory access times.
13838 ### <a name="Rper-access"></a>Per.19: Access memory predictably
13840 ##### Reason
13842 Performance is very sensitive to cache performance and cache algorithms favor simple (usually linear) access to adjacent data.
13844 ##### Example
13846     int matrix[rows][cols];
13848     // bad
13849     for (int c = 0; c < cols; ++c)
13850         for (int r = 0; r < rows; ++r)
13851             sum += matrix[r][c];
13853     // good
13854     for (int r = 0; r < rows; ++r)
13855         for (int c = 0; c < cols; ++c)
13856             sum += matrix[r][c];
13858 ### <a name="Rper-context"></a>Per.30: Avoid context switches on the critical path
13862 # <a name="S-concurrency"></a>CP: Concurrency and parallelism
13864 We often want our computers to do many tasks at the same time (or at least appear to do them at the same time).
13865 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)
13866 and so do the basic facilities for expressing concurrency and parallelism.
13867 Here, we articulate principles and rules for using the ISO standard C++ facilities for expressing basic concurrency and parallelism.
13869 Threads are the machine-level foundation for concurrent and parallel programming.
13870 Threads allow running multiple sections of a program independently, while sharing
13871 the same memory. Concurrent programming is tricky,
13872 because protecting shared data between threads is easier said than done.
13873 Making existing single-threaded code execute concurrently can be
13874 as trivial as adding `std::async` or `std::thread` strategically, or it can
13875 necessitate a full rewrite, depending on whether the original code was written
13876 in a thread-friendly way.
13878 The concurrency/parallelism rules in this document are designed with three goals
13879 in mind:
13881 * To help in writing code that is amenable to being used in a threaded
13882   environment
13883 * To show clean, safe ways to use the threading primitives offered by the
13884   standard library
13885 * To offer guidance on what to do when concurrency and parallelism aren't giving
13886   the performance gains needed
13888 It is also important to note that concurrency in C++ is an unfinished
13889 story. C++11 introduced many core concurrency primitives, C++14 and C++17 improved on
13890 them, and there is much interest in making the writing of
13891 concurrent programs in C++ even easier. We expect some of the library-related
13892 guidance here to change significantly over time.
13894 This section needs a lot of work (obviously).
13895 Please note that we start with rules for relative non-experts.
13896 Real experts must wait a bit;
13897 contributions are welcome,
13898 but please think about the majority of programmers who are struggling to get their concurrent programs correct and performant.
13900 Concurrency and parallelism rule summary:
13902 * [CP.1: Assume that your code will run as part of a multi-threaded program](#Rconc-multi)
13903 * [CP.2: Avoid data races](#Rconc-races)
13904 * [CP.3: Minimize explicit sharing of writable data](#Rconc-data)
13905 * [CP.4: Think in terms of tasks, rather than threads](#Rconc-task)
13906 * [CP.8: Don't try to use `volatile` for synchronization](#Rconc-volatile)
13907 * [CP.9: Whenever feasible use tools to validate your concurrent code](#Rconc-tools)
13909 **See also**:
13911 * [CP.con: Concurrency](#SScp-con)
13912 * [CP.coro: Coroutines](#SScp-coro)
13913 * [CP.par: Parallelism](#SScp-par)
13914 * [CP.mess: Message passing](#SScp-mess)
13915 * [CP.vec: Vectorization](#SScp-vec)
13916 * [CP.free: Lock-free programming](#SScp-free)
13917 * [CP.etc: Etc. concurrency rules](#SScp-etc)
13919 ### <a name="Rconc-multi"></a>CP.1: Assume that your code will run as part of a multi-threaded program
13921 ##### Reason
13923 It's hard to be certain that concurrency isn't used now or won't be used sometime in the future.
13924 Code gets reused.
13925 Libraries not using threads might be used from some other part of a program that does use threads.
13926 Note that this rule applies most urgently to library code and least urgently to stand-alone applications.
13927 However, over time, code fragments can turn up in unexpected places.
13929 ##### Example, bad
13931     double cached_computation(int x)
13932     {
13933         // bad: these statics cause data races in multi-threaded usage
13934         static int cached_x = 0.0;
13935         static double cached_result = COMPUTATION_OF_ZERO;
13937         if (cached_x != x) {
13938             cached_x = x;
13939             cached_result = computation(x);
13940         }
13941         return cached_result;
13942     }
13944 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.
13946 ##### Example, good
13948     struct ComputationCache {
13949         int cached_x = 0;
13950         double cached_result = COMPUTATION_OF_ZERO;
13952         double compute(int x) {
13953             if (cached_x != x) {
13954                 cached_x = x;
13955                 cached_result = computation(x);
13956             }
13957             return cached_result;
13958         }
13959     };
13961 Here the cache is stored as member data of a `ComputationCache` object, rather than as shared static state.
13962 This refactoring essentially delegates the concern upward to the caller: a single-threaded program
13963 might still choose to have one global `ComputationCache`, while a multi-threaded program might
13964 have one `ComputationCache` instance per thread, or one per "context" for any definition of "context."
13965 The refactored function no longer attempts to manage the allocation of `cached_x`. In that sense,
13966 this is an application of the Single Responsibility Principle.
13968 In this specific example, refactoring for thread-safety also improved reusability in single-threaded
13969 programs. It's not hard to imagine that a single-threaded program might want two `ComputationCache` instances
13970 for use in different parts of the program, without having them overwrite each other's cached data.
13972 There are several other ways one might add thread-safety to code written for a standard multi-threaded environment
13973 (that is, one where the only form of concurrency is `std::thread`):
13975 * Mark the state variables as `thread_local` instead of `static`.
13976 * Implement concurrency control, for example, protecting access to the two `static` variables with a `static std::mutex`.
13977 * Refuse to build and/or run in a multi-threaded environment.
13978 * Provide two implementations: one for single-threaded environments and another for multi-threaded environments.
13980 ##### Exception
13982 Code that is never run in a multi-threaded environment.
13984 Be careful: there are many examples where code that was "known" to never run in a multi-threaded program
13985 was run as part of a multi-threaded program, often years later.
13986 Typically, such programs lead to a painful effort to remove data races.
13987 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.
13989 ### <a name="Rconc-races"></a>CP.2: Avoid data races
13991 ##### Reason
13993 Unless you do, nothing is guaranteed to work and subtle errors will persist.
13995 ##### Note
13997 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.
13998 For further information of how to use synchronization well to eliminate data races, please consult a good book about concurrency.
14000 ##### Example, bad
14002 There are many examples of data races that exist, some of which are running in
14003 production software at this very moment. One very simple example:
14005     int get_id()
14006     {
14007       static int id = 1;
14008       return id++;
14009     }
14011 The increment here is an example of a data race. This can go wrong in many ways,
14012 including:
14014 * Thread A loads the value of `id`, the OS context switches A out for some
14015   period, during which other threads create hundreds of IDs. Thread A is then
14016   allowed to run again, and `id` is written back to that location as A's read of
14017   `id` plus one.
14018 * Thread A and B load `id` and increment it simultaneously.  They both get the
14019   same ID.
14021 Local static variables are a common source of data races.
14023 ##### Example, bad:
14025     void f(fstream& fs, regex pattern)
14026     {
14027         array<double, max> buf;
14028         int sz = read_vec(fs, buf, max);            // read from fs into buf
14029         gsl::span<double> s {buf};
14030         // ...
14031         auto h1 = async([&] { sort(std::execution::par, s); });     // spawn a task to sort
14032         // ...
14033         auto h2 = async([&] { return find_all(buf, sz, pattern); });   // spawn a task to find matches
14034         // ...
14035     }
14037 Here, we have a (nasty) data race on the elements of `buf` (`sort` will both read and write).
14038 All data races are nasty.
14039 Here, we managed to get a data race on data on the stack.
14040 Not all data races are as easy to spot as this one.
14042 ##### Example, bad:
14044     // code not controlled by a lock
14046     unsigned val;
14048     if (val < 5) {
14049         // ... other thread can change val here ...
14050         switch (val) {
14051         case 0: // ...
14052         case 1: // ...
14053         case 2: // ...
14054         case 3: // ...
14055         case 4: // ...
14056         }
14057     }
14059 Now, a compiler that does not know that `val` can change will  most likely implement that `switch` using a jump table with five entries.
14060 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.
14061 Really, "all bets are off" if you get a data race.
14062 Actually, it can be worse still: by looking at the generated code you might be able to determine where the stray jump will go for a given value;
14063 this can be a security risk.
14065 ##### Enforcement
14067 Some is possible, do at least something.
14068 There are commercial and open-source tools that try to address this problem,
14069 but be aware that solutions have costs and blind spots.
14070 Static tools often have many false positives and run-time tools often have a significant cost.
14071 We hope for better tools.
14072 Using multiple tools can catch more problems than a single one.
14074 There are other ways you can mitigate the chance of data races:
14076 * Avoid global data
14077 * Avoid `static` variables
14078 * More use of value types on the stack (and don't pass pointers around too much)
14079 * More use of immutable data (literals, `constexpr`, and `const`)
14081 ### <a name="Rconc-data"></a>CP.3: Minimize explicit sharing of writable data
14083 ##### Reason
14085 If you don't share writable data, you can't have a data race.
14086 The less sharing you do, the less chance you have to forget to synchronize access (and get data races).
14087 The less sharing you do, the less chance you have to wait on a lock (so performance can improve).
14089 ##### Example
14091     bool validate(const vector<Reading>&);
14092     Graph<Temp_node> temperature_gradiants(const vector<Reading>&);
14093     Image altitude_map(const vector<Reading>&);
14094     // ...
14096     void process_readings(const vector<Reading>& surface_readings)
14097     {
14098         auto h1 = async([&] { if (!validate(surface_readings)) throw Invalid_data{}; });
14099         auto h2 = async([&] { return temperature_gradiants(surface_readings); });
14100         auto h3 = async([&] { return altitude_map(surface_readings); });
14101         // ...
14102         h1.get();
14103         auto v2 = h2.get();
14104         auto v3 = h3.get();
14105         // ...
14106     }
14108 Without those `const`s, we would have to review every asynchronously invoked function for potential data races on `surface_readings`.
14109 Making `surface_readings` be `const` (with respect to this function) allow reasoning using only the function body.
14111 ##### Note
14113 Immutable data can be safely and efficiently shared.
14114 No locking is needed: You can't have a data race on a constant.
14115 See also [CP.mess: Message Passing](#SScp-mess) and [CP.31: prefer pass by value](#Rconc-data-by-value).
14117 ##### Enforcement
14122 ### <a name="Rconc-task"></a>CP.4: Think in terms of tasks, rather than threads
14124 ##### Reason
14126 A `thread` is an implementation concept, a way of thinking about the machine.
14127 A task is an application notion, something you'd like to do, preferably concurrently with other tasks.
14128 Application concepts are easier to reason about.
14130 ##### Example
14132     void some_fun(const std::string& msg)
14133     {
14134         std::thread publisher([=] { std::cout << msg; });      // bad: less expressive
14135                                                                //      and more error-prone
14136         auto pubtask = std::async([=] { std::cout << msg; });  // OK
14137         // ...
14138         publisher.join();
14139     }
14141 ##### Note
14143 With the exception of `async()`, the standard-library facilities are low-level, machine-oriented, threads-and-lock level.
14144 This is a necessary foundation, but we have to try to raise the level of abstraction: for productivity, for reliability, and for performance.
14145 This is a potent argument for using higher level, more applications-oriented libraries (if possibly, built on top of standard-library facilities).
14147 ##### Enforcement
14151 ### <a name="Rconc-volatile"></a>CP.8: Don't try to use `volatile` for synchronization
14153 ##### Reason
14155 In C++, unlike some other languages, `volatile` does not provide atomicity, does not synchronize between threads,
14156 and does not prevent instruction reordering (neither compiler nor hardware).
14157 It simply has nothing to do with concurrency.
14159 ##### Example, bad:
14161     int free_slots = max_slots; // current source of memory for objects
14163     Pool* use()
14164     {
14165         if (int n = free_slots--) return &pool[n];
14166     }
14168 Here we have a problem:
14169 This is perfectly good code in a single-threaded program, but have two threads execute this and
14170 there is a race condition on `free_slots` so that two threads might get the same value and `free_slots`.
14171 That's (obviously) a bad data race, so people trained in other languages might try to fix it like this:
14173     volatile int free_slots = max_slots; // current source of memory for objects
14175     Pool* use()
14176     {
14177         if (int n = free_slots--) return &pool[n];
14178     }
14180 This has no effect on synchronization: The data race is still there!
14182 The C++ mechanism for this is `atomic` types:
14184     atomic<int> free_slots = max_slots; // current source of memory for objects
14186     Pool* use()
14187     {
14188         if (int n = free_slots--) return &pool[n];
14189     }
14191 Now the `--` operation is atomic,
14192 rather than a read-increment-write sequence where another thread might get in-between the individual operations.
14194 ##### Alternative
14196 Use `atomic` types where you might have used `volatile` in some other language.
14197 Use a `mutex` for more complicated examples.
14199 ##### See also
14201 [(rare) proper uses of `volatile`](#Rconc-volatile2)
14203 ### <a name="Rconc-tools"></a>CP.9: Whenever feasible use tools to validate your concurrent code
14205 Experience shows that concurrent code is exceptionally hard to get right
14206 and that compile-time checking, run-time checks, and testing are less effective at finding concurrency errors
14207 than they are at finding errors in sequential code.
14208 Subtle concurrency errors can have dramatically bad effects, including memory corruption and deadlocks.
14210 ##### Example
14212     ???
14214 ##### Note
14216 Thread safety is challenging, often getting the better of experienced programmers: tooling is an important strategy to mitigate those risks.
14217 There are many tools "out there", both commercial and open-source tools, both research and production tools.
14218 Unfortunately people's needs and constraints differ so dramatically that we cannot make specific recommendations,
14219 but we can mention:
14221 * Static enforcement tools: both [clang](http://clang.llvm.org/docs/ThreadSafetyAnalysis.html)
14222 and some older versions of [GCC](https://gcc.gnu.org/wiki/ThreadSafetyAnnotation)
14223 have some support for static annotation of thread safety properties.
14224 Consistent use of this technique turns many classes of thread-safety errors into compile-time errors.
14225 The annotations are generally local (marking a particular member variable as guarded by a particular mutex),
14226 and are usually easy to learn. However, as with many static tools, it can often present false negatives;
14227 cases that should have been caught but were allowed.
14229 * dynamic enforcement tools: Clang's [Thread Sanitizer](http://clang.llvm.org/docs/ThreadSanitizer.html) (aka TSAN)
14230 is a powerful example of dynamic tools: it changes the build and execution of your program to add bookkeeping on memory access,
14231 absolutely identifying data races in a given execution of your binary.
14232 The cost for this is both memory (5-10x in most cases) and CPU slowdown (2-20x).
14233 Dynamic tools like this are best when applied to integration tests, canary pushes, or unittests that operate on multiple threads.
14234 Workload matters: When TSAN identifies a problem, it is effectively always an actual data race,
14235 but it can only identify races seen in a given execution.
14237 ##### Enforcement
14239 It is up to an application builder to choose which support tools are valuable for a particular applications.
14241 ## <a name="SScp-con"></a>CP.con: Concurrency
14243 This section focuses on relatively ad-hoc uses of multiple threads communicating through shared data.
14245 * For parallel algorithms, see [parallelism](#SScp-par)
14246 * For inter-task communication without explicit sharing, see [messaging](#SScp-mess)
14247 * For vector parallel code, see [vectorization](#SScp-vec)
14248 * For lock-free programming, see [lock free](#SScp-free)
14250 Concurrency rule summary:
14252 * [CP.20: Use RAII, never plain `lock()`/`unlock()`](#Rconc-raii)
14253 * [CP.21: Use `std::lock()` or `std::scoped_lock` to acquire multiple `mutex`es](#Rconc-lock)
14254 * [CP.22: Never call unknown code while holding a lock (e.g., a callback)](#Rconc-unknown)
14255 * [CP.23: Think of a joining `thread` as a scoped container](#Rconc-join)
14256 * [CP.24: Think of a `thread` as a global container](#Rconc-detach)
14257 * [CP.25: Prefer `gsl::joining_thread` over `std::thread`](#Rconc-joining_thread)
14258 * [CP.26: Don't `detach()` a thread](#Rconc-detached_thread)
14259 * [CP.31: Pass small amounts of data between threads by value, rather than by reference or pointer](#Rconc-data-by-value)
14260 * [CP.32: To share ownership between unrelated `thread`s use `shared_ptr`](#Rconc-shared)
14261 * [CP.40: Minimize context switching](#Rconc-switch)
14262 * [CP.41: Minimize thread creation and destruction](#Rconc-create)
14263 * [CP.42: Don't `wait` without a condition](#Rconc-wait)
14264 * [CP.43: Minimize time spent in a critical section](#Rconc-time)
14265 * [CP.44: Remember to name your `lock_guard`s and `unique_lock`s](#Rconc-name)
14266 * [CP.50: Define a `mutex` together with the data it guards. Use `synchronized_value<T>` where possible](#Rconc-mutex)
14267 * ??? when to use a spinlock
14268 * ??? when to use `try_lock()`
14269 * ??? when to prefer `lock_guard` over `unique_lock`
14270 * ??? Time multiplexing
14271 * ??? when/how to use `new thread`
14273 ### <a name="Rconc-raii"></a>CP.20: Use RAII, never plain `lock()`/`unlock()`
14275 ##### Reason
14277 Avoids nasty errors from unreleased locks.
14279 ##### Example, bad
14281     mutex mtx;
14283     void do_stuff()
14284     {
14285         mtx.lock();
14286         // ... do stuff ...
14287         mtx.unlock();
14288     }
14290 Sooner or later, someone will forget the `mtx.unlock()`, place a `return` in the `... do stuff ...`, throw an exception, or something.
14292     mutex mtx;
14294     void do_stuff()
14295     {
14296         unique_lock<mutex> lck {mtx};
14297         // ... do stuff ...
14298     }
14300 ##### Enforcement
14302 Flag calls of member `lock()` and `unlock()`.  ???
14305 ### <a name="Rconc-lock"></a>CP.21: Use `std::lock()` or `std::scoped_lock` to acquire multiple `mutex`es
14307 ##### Reason
14309 To avoid deadlocks on multiple `mutex`es.
14311 ##### Example
14313 This is asking for deadlock:
14315     // thread 1
14316     lock_guard<mutex> lck1(m1);
14317     lock_guard<mutex> lck2(m2);
14319     // thread 2
14320     lock_guard<mutex> lck2(m2);
14321     lock_guard<mutex> lck1(m1);
14323 Instead, use `lock()`:
14325     // thread 1
14326     lock(m1, m2);
14327     lock_guard<mutex> lck1(m1, adopt_lock);
14328     lock_guard<mutex> lck2(m2, adopt_lock);
14330     // thread 2
14331     lock(m2, m1);
14332     lock_guard<mutex> lck2(m2, adopt_lock);
14333     lock_guard<mutex> lck1(m1, adopt_lock);
14335 or (better, but C++17 only):
14337     // thread 1
14338     scoped_lock<mutex, mutex> lck1(m1, m2);
14340     // thread 2
14341     scoped_lock<mutex, mutex> lck2(m2, m1);
14343 Here, the writers of `thread1` and `thread2` are still not agreeing on the order of the `mutex`es, but order no longer matters.
14345 ##### Note
14347 In real code, `mutex`es are rarely named to conveniently remind the programmer of an intended relation and intended order of acquisition.
14348 In real code, `mutex`es are not always conveniently acquired on consecutive lines.
14350 In C++17 it's possible to write plain
14352     lock_guard lck1(m1, adopt_lock);
14354 and have the `mutex` type deduced.
14356 ##### Enforcement
14358 Detect the acquisition of multiple `mutex`es.
14359 This is undecidable in general, but catching common simple examples (like the one above) is easy.
14362 ### <a name="Rconc-unknown"></a>CP.22: Never call unknown code while holding a lock (e.g., a callback)
14364 ##### Reason
14366 If you don't know what a piece of code does, you are risking deadlock.
14368 ##### Example
14370     void do_this(Foo* p)
14371     {
14372         lock_guard<mutex> lck {my_mutex};
14373         // ... do something ...
14374         p->act(my_data);
14375         // ...
14376     }
14378 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),
14379 it might call `do_this` (recursively) and cause a deadlock on `my_mutex`.
14380 Maybe it will lock on a different mutex and not return in a reasonable time, causing delays to any code calling `do_this`.
14382 ##### Example
14384 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.
14385 Such problem can often be solved by using a `recursive_mutex`. For example:
14387     recursive_mutex my_mutex;
14389     template<typename Action>
14390     void do_something(Action f)
14391     {
14392         unique_lock<recursive_mutex> lck {my_mutex};
14393         // ... do something ...
14394         f(this);    // f will do something to *this
14395         // ...
14396     }
14398 If, as it is likely, `f()` invokes operations on `*this`, we must make sure that the object's invariant holds before the call.
14400 ##### Enforcement
14402 * Flag calling a virtual function with a non-recursive `mutex` held
14403 * Flag calling a callback with a non-recursive `mutex` held
14406 ### <a name="Rconc-join"></a>CP.23: Think of a joining `thread` as a scoped container
14408 ##### Reason
14410 To maintain pointer safety and avoid leaks, we need to consider what pointers are used by a `thread`.
14411 If a `thread` joins, we can safely pass pointers to objects in the scope of the `thread` and its enclosing scopes.
14413 ##### Example
14415     void f(int* p)
14416     {
14417         // ...
14418         *p = 99;
14419         // ...
14420     }
14421     int glob = 33;
14423     void some_fct(int* p)
14424     {
14425         int x = 77;
14426         joining_thread t0(f, &x);           // OK
14427         joining_thread t1(f, p);            // OK
14428         joining_thread t2(f, &glob);        // OK
14429         auto q = make_unique<int>(99);
14430         joining_thread t3(f, q.get());      // OK
14431         // ...
14432     }
14434 A `gsl::joining_thread` is a `std::thread` with a destructor that joins and that cannot be `detached()`.
14435 By "OK" we mean that the object will be in scope ("live") for as long as a `thread` can use the pointer to it.
14436 The fact that `thread`s run concurrently doesn't affect the lifetime or ownership issues here;
14437 these `thread`s can be seen as just a function object called from `some_fct`.
14439 ##### Enforcement
14441 Ensure that `joining_thread`s don't `detach()`.
14442 After that, the usual lifetime and ownership (for local objects) enforcement applies.
14444 ### <a name="Rconc-detach"></a>CP.24: Think of a `thread` as a global container
14446 ##### Reason
14448 To maintain pointer safety and avoid leaks, we need to consider what pointers are used by a `thread`.
14449 If a `thread` is detached, we can safely pass pointers to static and free store objects (only).
14451 ##### Example
14453     void f(int* p)
14454     {
14455         // ...
14456         *p = 99;
14457         // ...
14458     }
14460     int glob = 33;
14462     void some_fct(int* p)
14463     {
14464         int x = 77;
14465         std::thread t0(f, &x);           // bad
14466         std::thread t1(f, p);            // bad
14467         std::thread t2(f, &glob);        // OK
14468         auto q = make_unique<int>(99);
14469         std::thread t3(f, q.get());      // bad
14470         // ...
14471         t0.detach();
14472         t1.detach();
14473         t2.detach();
14474         t3.detach();
14475         // ...
14476     }
14478 By "OK" we mean that the object will be in scope ("live") for as long as a `thread` can use the pointers to it.
14479 By "bad" we mean that a `thread` might use a pointer after the pointed-to object is destroyed.
14480 The fact that `thread`s run concurrently doesn't affect the lifetime or ownership issues here;
14481 these `thread`s can be seen as just a function object called from `some_fct`.
14483 ##### Note
14485 Even objects with static storage duration can be problematic if used from detached threads: if the
14486 thread continues until the end of the program, it might be running concurrently with the destruction
14487 of objects with static storage duration, and thus accesses to such objects might race.
14489 ##### Note
14491 This rule is redundant if you [don't `detach()`](#Rconc-detached_thread) and [use `gsl::joining_thread`](#Rconc-joining_thread).
14492 However, converting code to follow those guidelines could be difficult and even impossible for third-party libraries.
14493 In such cases, the rule becomes essential for lifetime safety and type safety.
14496 In general, it is undecidable whether a `detach()` is executed for a `thread`, but simple common cases are easily detected.
14497 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;
14498 After that, the usual lifetime and ownership (for global objects) enforcement applies.
14500 ##### Enforcement
14502 Flag attempts to pass local variables to a thread that might `detach()`.
14504 ### <a name="Rconc-joining_thread"></a>CP.25: Prefer `gsl::joining_thread` over `std::thread`
14506 ##### Reason
14508 A `joining_thread` is a thread that joins at the end of its scope.
14509 Detached threads are hard to monitor.
14510 It is harder to ensure absence of errors in detached threads (and potentially detached threads).
14512 ##### Example, bad
14514     void f() { std::cout << "Hello "; }
14516     struct F {
14517         void operator()() const { std::cout << "parallel world "; }
14518     };
14520     int main()
14521     {
14522         std::thread t1{f};      // f() executes in separate thread
14523         std::thread t2{F()};    // F()() executes in separate thread
14524     }  // spot the bugs
14526 ##### Example
14528     void f() { std::cout << "Hello "; }
14530     struct F {
14531         void operator()() const { std::cout << "parallel world "; }
14532     };
14534     int main()
14535     {
14536         std::thread t1{f};      // f() executes in separate thread
14537         std::thread t2{F()};    // F()() executes in separate thread
14539         t1.join();
14540         t2.join();
14541     }  // one bad bug left
14543 ##### Note
14545 Make "immortal threads" globals, put them in an enclosing scope, or put them on the free store rather than `detach()`.
14546 [Don't `detach`](#Rconc-detached_thread).
14548 ##### Note
14550 Because of old code and third party libraries using `std::thread`, this rule can be hard to introduce.
14552 ##### Enforcement
14554 Flag uses of `std::thread`:
14556 * Suggest use of `gsl::joining_thread` or C++20 `std::jthread`.
14557 * Suggest ["exporting ownership"](#Rconc-detached_thread) to an enclosing scope if it detaches.
14558 * Warn if it is not obvious whether a thread joins or detaches.
14560 ### <a name="Rconc-detached_thread"></a>CP.26: Don't `detach()` a thread
14562 ##### Reason
14564 Often, the need to outlive the scope of its creation is inherent in the `thread`s task,
14565 but implementing that idea by `detach` makes it harder to monitor and communicate with the detached thread.
14566 In particular, it is harder (though not impossible) to ensure that the thread completed as expected or lives for as long as expected.
14568 ##### Example
14570     void heartbeat();
14572     void use()
14573     {
14574         std::thread t(heartbeat);             // don't join; heartbeat is meant to run forever
14575         t.detach();
14576         // ...
14577     }
14579 This is a reasonable use of a thread, for which `detach()` is commonly used.
14580 There are problems, though.
14581 How do we monitor the detached thread to see if it is alive?
14582 Something might go wrong with the heartbeat, and losing a heartbeat can be very serious in a system for which it is needed.
14583 So, we need to communicate with the heartbeat thread
14584 (e.g., through a stream of messages or notification events using a `condition_variable`).
14586 An alternative, and usually superior solution is to control its lifetime by placing it in a scope outside its point of creation (or activation).
14587 For example:
14589     void heartbeat();
14591     gsl::joining_thread t(heartbeat);             // heartbeat is meant to run "forever"
14593 This heartbeat will (barring error, hardware problems, etc.) run for as long as the program does.
14595 Sometimes, we need to separate the point of creation from the point of ownership:
14597     void heartbeat();
14599     unique_ptr<gsl::joining_thread> tick_tock {nullptr};
14601     void use()
14602     {
14603         // heartbeat is meant to run as long as tick_tock lives
14604         tick_tock = make_unique<gsl::joining_thread>(heartbeat);
14605         // ...
14606     }
14608 #### Enforcement
14610 Flag `detach()`.
14613 ### <a name="Rconc-data-by-value"></a>CP.31: Pass small amounts of data between threads by value, rather than by reference or pointer
14615 ##### Reason
14617 Copying a small amount of data is cheaper to copy and access than to share it using some locking mechanism.
14618 Copying naturally gives unique ownership (simplifies code) and eliminates the possibility of data races.
14620 ##### Note
14622 Defining "small amount" precisely is impossible.
14624 ##### Example
14626     string modify1(string);
14627     void modify2(string&);
14629     void fct(string& s)
14630     {
14631         auto res = async(modify1, s);
14632         async(modify2, s);
14633     }
14635 The call of `modify1` involves copying two `string` values; the call of `modify2` does not.
14636 On the other hand, the implementation of `modify1` is exactly as we would have written it for single-threaded code,
14637 whereas the implementation of `modify2` will need some form of locking to avoid data races.
14638 If the string is short (say 10 characters), the call of `modify1` can be surprisingly fast;
14639 essentially all the cost is in the `thread` switch. If the string is long (say 1,000,000 characters), copying it twice
14640 is probably not a good idea.
14642 Note that this argument has nothing to do with `async` as such. It applies equally to considerations about whether to use
14643 message passing or shared memory.
14645 ##### Enforcement
14650 ### <a name="Rconc-shared"></a>CP.32: To share ownership between unrelated `thread`s use `shared_ptr`
14652 ##### Reason
14654 If threads are unrelated (that is, not known to be in the same scope or one within the lifetime of the other)
14655 and they need to share free store memory that needs to be deleted, a `shared_ptr` (or equivalent) is the only
14656 safe way to ensure proper deletion.
14658 ##### Example
14660     ???
14662 ##### Note
14664 * 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.
14665 * An object on free store that is never to be deleted can be shared.
14666 * An object owned by one thread can be safely shared with another as long as that second thread doesn't outlive the owner.
14668 ##### Enforcement
14673 ### <a name="Rconc-switch"></a>CP.40: Minimize context switching
14675 ##### Reason
14677 Context switches are expensive.
14679 ##### Example
14681     ???
14683 ##### Enforcement
14688 ### <a name="Rconc-create"></a>CP.41: Minimize thread creation and destruction
14690 ##### Reason
14692 Thread creation is expensive.
14694 ##### Example
14696     void worker(Message m)
14697     {
14698         // process
14699     }
14701     void dispatcher(istream& is)
14702     {
14703         for (Message m; is >> m; )
14704             run_list.push_back(new thread(worker, m));
14705     }
14707 This spawns a `thread` per message, and the `run_list` is presumably managed to destroy those tasks once they are finished.
14709 Instead, we could have a set of pre-created worker threads processing the messages
14711     Sync_queue<Message> work;
14713     void dispatcher(istream& is)
14714     {
14715         for (Message m; is >> m; )
14716             work.put(m);
14717     }
14719     void worker()
14720     {
14721         for (Message m; m = work.get(); ) {
14722             // process
14723         }
14724     }
14726     void workers()  // set up worker threads (specifically 4 worker threads)
14727     {
14728         joining_thread w1 {worker};
14729         joining_thread w2 {worker};
14730         joining_thread w3 {worker};
14731         joining_thread w4 {worker};
14732     }
14734 ##### Note
14736 If your system has a good thread pool, use it.
14737 If your system has a good message queue, use it.
14739 ##### Enforcement
14744 ### <a name="Rconc-wait"></a>CP.42: Don't `wait` without a condition
14746 ##### Reason
14748 A `wait` without a condition can miss a wakeup or wake up simply to find that there is no work to do.
14750 ##### Example, bad
14752     std::condition_variable cv;
14753     std::mutex mx;
14755     void thread1()
14756     {
14757         while (true) {
14758             // do some work ...
14759             std::unique_lock<std::mutex> lock(mx);
14760             cv.notify_one();    // wake other thread
14761         }
14762     }
14764     void thread2()
14765     {
14766         while (true) {
14767             std::unique_lock<std::mutex> lock(mx);
14768             cv.wait(lock);    // might block forever
14769             // do work ...
14770         }
14771     }
14773 Here, if some other `thread` consumes `thread1`'s notification, `thread2` can wait forever.
14775 ##### Example
14777     template<typename T>
14778     class Sync_queue {
14779     public:
14780         void put(const T& val);
14781         void put(T&& val);
14782         void get(T& val);
14783     private:
14784         mutex mtx;
14785         condition_variable cond;    // this controls access
14786         list<T> q;
14787     };
14789     template<typename T>
14790     void Sync_queue<T>::put(const T& val)
14791     {
14792         lock_guard<mutex> lck(mtx);
14793         q.push_back(val);
14794         cond.notify_one();
14795     }
14797     template<typename T>
14798     void Sync_queue<T>::get(T& val)
14799     {
14800         unique_lock<mutex> lck(mtx);
14801         cond.wait(lck, [this] { return !q.empty(); });    // prevent spurious wakeup
14802         val = q.front();
14803         q.pop_front();
14804     }
14806 Now if the queue is empty when a thread executing `get()` wakes up (e.g., because another thread has gotten to `get()` before it),
14807 it will immediately go back to sleep, waiting.
14809 ##### Enforcement
14811 Flag all `wait`s without conditions.
14814 ### <a name="Rconc-time"></a>CP.43: Minimize time spent in a critical section
14816 ##### Reason
14818 The less time is spent with a `mutex` taken, the less chance that another `thread` has to wait,
14819 and `thread` suspension and resumption are expensive.
14821 ##### Example
14823     void do_something() // bad
14824     {
14825         unique_lock<mutex> lck(my_lock);
14826         do0();  // preparation: does not need lock
14827         do1();  // transaction: needs locking
14828         do2();  // cleanup: does not need locking
14829     }
14831 Here, we are holding the lock for longer than necessary:
14832 We should not have taken the lock before we needed it and should have released it again before starting the cleanup.
14833 We could rewrite this to
14835     void do_something() // bad
14836     {
14837         do0();  // preparation: does not need lock
14838         my_lock.lock();
14839         do1();  // transaction: needs locking
14840         my_lock.unlock();
14841         do2();  // cleanup: does not need locking
14842     }
14844 But that compromises safety and violates the [use RAII](#Rconc-raii) rule.
14845 Instead, add a block for the critical section:
14847     void do_something() // OK
14848     {
14849         do0();  // preparation: does not need lock
14850         {
14851             unique_lock<mutex> lck(my_lock);
14852             do1();  // transaction: needs locking
14853         }
14854         do2();  // cleanup: does not need locking
14855     }
14857 ##### Enforcement
14859 Impossible in general.
14860 Flag "naked" `lock()` and `unlock()`.
14863 ### <a name="Rconc-name"></a>CP.44: Remember to name your `lock_guard`s and `unique_lock`s
14865 ##### Reason
14867 An unnamed local objects is a temporary that immediately goes out of scope.
14869 ##### Example
14871     unique_lock<mutex>(m1);
14872     lock_guard<mutex> {m2};
14873     lock(m1, m2);
14875 This looks innocent enough, but it isn't.
14877 ##### Enforcement
14879 Flag all unnamed `lock_guard`s and `unique_lock`s.
14883 ### <a name="Rconc-mutex"></a>CP.50: Define a `mutex` together with the data it guards. Use `synchronized_value<T>` where possible
14885 ##### Reason
14887 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.
14889 Using a `synchronized_value<T>` ensures that the data has a mutex, and the right mutex is locked when the data is accessed.
14890 See the [WG21 proposal](http://wg21.link/p0290) to add `synchronized_value` to a future TS or revision of the C++ standard.
14892 ##### Example
14894     struct Record {
14895         std::mutex m;   // take this mutex before accessing other members
14896         // ...
14897     };
14899     class MyClass {
14900         struct DataRecord {
14901            // ...
14902         };
14903         synchronized_value<DataRecord> data; // Protect the data with a mutex
14904     };
14906 ##### Enforcement
14908 ??? Possible?
14911 ## <a name="SScp-coro"></a>CP.coro: Coroutines
14913 This section focuses on uses of coroutines.
14915 Coroutine rule summary:
14917 * [CP.51: Do not use capturing lambdas that are coroutines](#Rcoro-capture)
14919 ### <a name="Rcoro-capture"></a>CP.51: Do not use capturing lambdas that are coroutines
14921 ##### Reason
14923 Usage patterns that are correct with normal lambdas are hazardous with coroutine lambdas. The obvious pattern of capturing variables will result in accessing freed memory after the first suspension point, even for refcounted smart pointers and value types.  
14925 A lambda results in a closure object with storage, often on the stack, that will go out of scope at some point.  When the closure object goes out of scope the captures will also go out of scope.  Normal lambdas will have finished executing by this time so it is not a problem.  Coroutine lambdas may resume from suspension after the closure object has destructed and at that point all captures will be use-after-free memory access.
14927 ##### Example, Bad
14929     int value = get_value();
14930     std::shared_ptr<Foo> sharedFoo = get_foo();
14931     {
14932       const auto lambda = [value, sharedFoo]() -> std::future<void>
14933       {
14934         co_await something();
14935         // "sharedFoo" and "value" have already been destroyed
14936         // the "shared" pointer didn't accomplish anything
14937       };
14938       lambda();
14939     } // the lambda closure object has now gone out of scope
14941 ##### Example, Better
14943     int value = get_value();
14944     std::shared_ptr<Foo> sharedFoo = get_foo();
14945     {
14946       // take as by-value parameter instead of as a capture
14947       const auto lambda = [](auto sharedFoo, auto value) -> std::future<void>
14948       {
14949         co_await something();
14950         // sharedFoo and value are still valid at this point
14951       };
14952       lambda(sharedFoo, value);
14953     } // the lambda closure object has now gone out of scope
14955 ##### Example, Best
14957 Use a function for coroutines.
14959     std::future<void> Class::do_something(int value, std::shared_ptr<Foo> sharedFoo)
14960     {
14961       co_await something();
14962       // sharedFoo and value are still valid at this point
14963     }
14965     void SomeOtherFunction()
14966     {
14967       int value = get_value();
14968       std::shared_ptr<Foo> sharedFoo = get_foo();
14969       do_something(value, sharedFoo);
14970     }
14972 ##### Enforcement
14974 Flag a lambda that is a coroutine and has a non-empty capture list.
14977 ## <a name="SScp-par"></a>CP.par: Parallelism
14979 By "parallelism" we refer to performing a task (more or less) simultaneously ("in parallel with") on many data items.
14981 Parallelism rule summary:
14983 * ???
14984 * ???
14985 * Where appropriate, prefer the standard-library parallel algorithms
14986 * Use algorithms that are designed for parallelism, not algorithms with unnecessary dependency on linear evaluation
14990 ## <a name="SScp-mess"></a>CP.mess: Message passing
14992 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.
14993 Most people shouldn't work at this level: it's error-prone and development is slow.
14994 If possible, use a higher level facility: messaging libraries, parallel algorithms, and vectorization.
14995 This section looks at passing messages so that a programmer doesn't have to do explicit synchronization.
14997 Message passing rules summary:
14999 * [CP.60: Use a `future` to return a value from a concurrent task](#Rconc-future)
15000 * [CP.61: Use `async()` to spawn concurrent tasks](#Rconc-async)
15001 * message queues
15002 * messaging libraries
15004 ???? should there be a "use X rather than `std::async`" where X is something that would use a better specified thread pool?
15006 ??? 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?
15009 ### <a name="Rconc-future"></a>CP.60: Use a `future` to return a value from a concurrent task
15011 ##### Reason
15013 A `future` preserves the usual function call return semantics for asynchronous tasks.
15014 There is no explicit locking and both correct (value) return and error (exception) return are handled simply.
15016 ##### Example
15018     ???
15020 ##### Note
15024 ##### Enforcement
15028 ### <a name="Rconc-async"></a>CP.61: Use `async()` to spawn concurrent tasks
15030 ##### Reason
15032 Similar to [R.12](#Rr-immediate-alloc), which tells you to avoid raw owning pointers, you should
15033 also avoid raw threads and raw promises where possible. Use a factory function such as `std::async`,
15034 which handles spawning or reusing a thread without exposing raw threads to your own code.
15036 ##### Example
15038     int read_value(const std::string& filename)
15039     {
15040         std::ifstream in(filename);
15041         in.exceptions(std::ifstream::failbit);
15042         int value;
15043         in >> value;
15044         return value;
15045     }
15047     void async_example()
15048     {
15049         try {
15050             std::future<int> f1 = std::async(read_value, "v1.txt");
15051             std::future<int> f2 = std::async(read_value, "v2.txt");
15052             std::cout << f1.get() + f2.get() << '\n';
15053         } catch (const std::ios_base::failure& fail) {
15054             // handle exception here
15055         }
15056     }
15058 ##### Note
15060 Unfortunately, `std::async` is not perfect. For example, it doesn't use a thread pool,
15061 which means that it might fail due to resource exhaustion, rather than queuing up your tasks
15062 to be executed later. However, even if you cannot use `std::async`, you should prefer to
15063 write your own `future`-returning factory function, rather than using raw promises.
15065 ##### Example (bad)
15067 This example shows two different ways to succeed at using `std::future`, but to fail
15068 at avoiding raw `std::thread` management.
15070     void async_example()
15071     {
15072         std::promise<int> p1;
15073         std::future<int> f1 = p1.get_future();
15074         std::thread t1([p1 = std::move(p1)]() mutable {
15075             p1.set_value(read_value("v1.txt"));
15076         });
15077         t1.detach(); // evil
15079         std::packaged_task<int()> pt2(read_value, "v2.txt");
15080         std::future<int> f2 = pt2.get_future();
15081         std::thread(std::move(pt2)).detach();
15083         std::cout << f1.get() + f2.get() << '\n';
15084     }
15086 ##### Example (good)
15088 This example shows one way you could follow the general pattern set by
15089 `std::async`, in a context where `std::async` itself was unacceptable for
15090 use in production.
15092     void async_example(WorkQueue& wq)
15093     {
15094         std::future<int> f1 = wq.enqueue([]() {
15095             return read_value("v1.txt");
15096         });
15097         std::future<int> f2 = wq.enqueue([]() {
15098             return read_value("v2.txt");
15099         });
15100         std::cout << f1.get() + f2.get() << '\n';
15101     }
15103 Any threads spawned to execute the code of `read_value` are hidden behind
15104 the call to `WorkQueue::enqueue`. The user code deals only with `future`
15105 objects, never with raw `thread`, `promise`, or `packaged_task` objects.
15107 ##### Enforcement
15112 ## <a name="SScp-vec"></a>CP.vec: Vectorization
15114 Vectorization is a technique for executing a number of tasks concurrently without introducing explicit synchronization.
15115 An operation is simply applied to elements of a data structure (a vector, an array, etc.) in parallel.
15116 Vectorization has the interesting property of often requiring no non-local changes to a program.
15117 However, vectorization works best with simple data structures and with algorithms specifically crafted to enable it.
15119 Vectorization rule summary:
15121 * ???
15122 * ???
15124 ## <a name="SScp-free"></a>CP.free: Lock-free programming
15126 Synchronization using `mutex`es and `condition_variable`s can be relatively expensive.
15127 Furthermore, it can lead to deadlock.
15128 For performance and to eliminate the possibility of deadlock, we sometimes have to use the tricky low-level "lock-free" facilities
15129 that rely on briefly gaining exclusive ("atomic") access to memory.
15130 Lock-free programming is also used to implement higher-level concurrency mechanisms, such as `thread`s and `mutex`es.
15132 Lock-free programming rule summary:
15134 * [CP.100: Don't use lock-free programming unless you absolutely have to](#Rconc-lockfree)
15135 * [CP.101: Distrust your hardware/compiler combination](#Rconc-distrust)
15136 * [CP.102: Carefully study the literature](#Rconc-literature)
15137 * how/when to use atomics
15138 * avoid starvation
15139 * use a lock-free data structure rather than hand-crafting specific lock-free access
15140 * [CP.110: Do not write your own double-checked locking for initialization](#Rconc-double)
15141 * [CP.111: Use a conventional pattern if you really need double-checked locking](#Rconc-double-pattern)
15142 * how/when to compare and swap
15145 ### <a name="Rconc-lockfree"></a>CP.100: Don't use lock-free programming unless you absolutely have to
15147 ##### Reason
15149 It's error-prone and requires expert level knowledge of language features, machine architecture, and data structures.
15151 ##### Example, bad
15153     extern atomic<Link*> head;        // the shared head of a linked list
15155     Link* nh = new Link(data, nullptr);    // make a link ready for insertion
15156     Link* h = head.load();                 // read the shared head of the list
15158     do {
15159         if (h->data <= data) break;        // if so, insert elsewhere
15160         nh->next = h;                      // next element is the previous head
15161     } while (!head.compare_exchange_weak(h, nh));    // write nh to head or to h
15163 Spot the bug.
15164 It would be really hard to find through testing.
15165 Read up on the ABA problem.
15167 ##### Exception
15169 [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.
15171 ##### Note
15173 Higher-level concurrency mechanisms, such as `thread`s and `mutex`es are implemented using lock-free programming.
15175 **Alternative**: Use lock-free data structures implemented by others as part of some library.
15178 ### <a name="Rconc-distrust"></a>CP.101: Distrust your hardware/compiler combination
15180 ##### Reason
15182 The low-level hardware interfaces used by lock-free programming are among the hardest to implement well and among
15183 the areas where the most subtle portability problems occur.
15184 If you are doing lock-free programming for performance, you need to check for regressions.
15186 ##### Note
15188 Instruction reordering (static and dynamic) makes it hard for us to think effectively at this level (especially if you use relaxed memory models).
15189 Experience, (semi)formal models and model checking can be useful.
15190 Testing - often to an extreme extent - is essential.
15191 "Don't fly too close to the sun."
15193 ##### Enforcement
15195 Have strong rules for re-testing in place that covers any change in hardware, operating system, compiler, and libraries.
15198 ### <a name="Rconc-literature"></a>CP.102: Carefully study the literature
15200 ##### Reason
15202 With the exception of atomics and a few use standard patterns, lock-free programming is really an expert-only topic.
15203 Become an expert before shipping lock-free code for others to use.
15205 ##### References
15207 * Anthony Williams: C++ concurrency in action. Manning Publications.
15208 * Boehm, Adve, You Don't Know Jack About Shared Variables or Memory Models , Communications of the ACM, Feb 2012.
15209 * Boehm, "Threads Basics", HPL TR 2009-259.
15210 * Adve, Boehm, "Memory Models: A Case for Rethinking Parallel Languages and Hardware", Communications of the ACM, August 2010.
15211 * Boehm, Adve, "Foundations of the C++ Concurrency Memory Model", PLDI 08.
15212 * Mark Batty, Scott Owens, Susmit Sarkar, Peter Sewell, and Tjark Weber, "Mathematizing C++ Concurrency", POPL 2011.
15213 * 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.
15214 * Damian Dechev and Bjarne Stroustrup: Scalable Non-blocking Concurrent Objects for Mission Critical Code. ACM OOPSLA'09. October 2009
15215 * 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.
15218 ### <a name="Rconc-double"></a>CP.110: Do not write your own double-checked locking for initialization
15220 ##### Reason
15222 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.
15224 ##### Example
15226 Example with std::call_once.
15228     void f()
15229     {
15230         static std::once_flag my_once_flag;
15231         std::call_once(my_once_flag, []()
15232         {
15233             // do this only once
15234         });
15235         // ...
15236     }
15238 Example with thread-safe static local variables of C++11.
15240     void f()
15241     {
15242         // Assuming the compiler is compliant with C++11
15243         static My_class my_object; // Constructor called only once
15244         // ...
15245     }
15247     class My_class
15248     {
15249     public:
15250         My_class()
15251         {
15252             // do this only once
15253         }
15254     };
15256 ##### Enforcement
15258 ??? Is it possible to detect the idiom?
15261 ### <a name="Rconc-double-pattern"></a>CP.111: Use a conventional pattern if you really need double-checked locking
15263 ##### Reason
15265 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.
15267 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.
15269 ##### Example, bad
15271 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)
15273     mutex action_mutex;
15274     volatile bool action_needed;
15276     if (action_needed) {
15277         std::lock_guard<std::mutex> lock(action_mutex);
15278         if (action_needed) {
15279             take_action();
15280             action_needed = false;
15281         }
15282     }
15284 ##### Example, good
15286     mutex action_mutex;
15287     atomic<bool> action_needed;
15289     if (action_needed) {
15290         std::lock_guard<std::mutex> lock(action_mutex);
15291         if (action_needed) {
15292             take_action();
15293             action_needed = false;
15294         }
15295     }
15297 Fine-tuned memory order might be beneficial where acquire load is more efficient than sequentially-consistent load
15299     mutex action_mutex;
15300     atomic<bool> action_needed;
15302     if (action_needed.load(memory_order_acquire)) {
15303         lock_guard<std::mutex> lock(action_mutex);
15304         if (action_needed.load(memory_order_relaxed)) {
15305             take_action();
15306             action_needed.store(false, memory_order_release);
15307         }
15308     }
15310 ##### Enforcement
15312 ??? Is it possible to detect the idiom?
15315 ## <a name="SScp-etc"></a>CP.etc: Etc. concurrency rules
15317 These rules defy simple categorization:
15319 * [CP.200: Use `volatile` only to talk to non-C++ memory](#Rconc-volatile2)
15320 * [CP.201: ??? Signals](#Rconc-signal)
15322 ### <a name="Rconc-volatile2"></a>CP.200: Use `volatile` only to talk to non-C++ memory
15324 ##### Reason
15326 `volatile` is used to refer to objects that are shared with "non-C++" code or hardware that does not follow the C++ memory model.
15328 ##### Example
15330     const volatile long clock;
15332 This describes a register constantly updated by a clock circuit.
15333 `clock` is `volatile` because its value will change without any action from the C++ program that uses it.
15334 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:
15336     long t1 = clock;
15337     // ... no use of clock here ...
15338     long t2 = clock;
15340 `clock` is `const` because the program should not try to write to `clock`.
15342 ##### Note
15344 Unless you are writing the lowest level code manipulating hardware directly, consider `volatile` an esoteric feature that is best avoided.
15346 ##### Example
15348 Usually C++ code receives `volatile` memory that is owned elsewhere (hardware or another language):
15350     int volatile* vi = get_hardware_memory_location();
15351         // note: we get a pointer to someone else's memory here
15352         // volatile says "treat this with extra respect"
15354 Sometimes C++ code allocates the `volatile` memory and shares it with "elsewhere" (hardware or another language) by deliberately escaping a pointer:
15356     static volatile long vl;
15357     please_use_this(&vl);   // escape a reference to this to "elsewhere" (not C++)
15359 ##### Example, bad
15361 `volatile` local variables are nearly always wrong -- how can they be shared with other languages or hardware if they're ephemeral?
15362 The same applies almost as strongly to member variables, for the same reason.
15364     void f()
15365     {
15366         volatile int i = 0; // bad, volatile local variable
15367         // etc.
15368     }
15370     class My_type {
15371         volatile int i = 0; // suspicious, volatile member variable
15372         // etc.
15373     };
15375 ##### Note
15377 In C++, unlike in some other languages, `volatile` has [nothing to do with synchronization](#Rconc-volatile).
15379 ##### Enforcement
15381 * Flag `volatile T` local and member variables; almost certainly you intended to use `atomic<T>` instead.
15382 * ???
15384 ### <a name="Rconc-signal"></a>CP.201: ??? Signals
15386 ???UNIX signal handling???. Might be worth reminding how little is async-signal-safe, and how to communicate with a signal handler (best is probably "not at all")
15389 # <a name="S-errors"></a>E: Error handling
15391 Error handling involves:
15393 * Detecting an error
15394 * Transmitting information about an error to some handler code
15395 * Preserving a valid state of the program
15396 * Avoiding resource leaks
15398 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.
15400 The rules are designed to help avoid several kinds of errors:
15402 * Type violations (e.g., misuse of `union`s and casts)
15403 * Resource leaks (including memory leaks)
15404 * Bounds errors
15405 * Lifetime errors (e.g., accessing an object after is has been `delete`d)
15406 * Complexity errors (logical errors made likely by overly complex expression of ideas)
15407 * Interface errors (e.g., an unexpected value is passed through an interface)
15409 Error-handling rule summary:
15411 * [E.1: Develop an error-handling strategy early in a design](#Re-design)
15412 * [E.2: Throw an exception to signal that a function can't perform its assigned task](#Re-throw)
15413 * [E.3: Use exceptions for error handling only](#Re-errors)
15414 * [E.4: Design your error-handling strategy around invariants](#Re-design-invariants)
15415 * [E.5: Let a constructor establish an invariant, and throw if it cannot](#Re-invariant)
15416 * [E.6: Use RAII to prevent leaks](#Re-raii)
15417 * [E.7: State your preconditions](#Re-precondition)
15418 * [E.8: State your postconditions](#Re-postcondition)
15420 * [E.12: Use `noexcept` when exiting a function because of a `throw` is impossible or unacceptable](#Re-noexcept)
15421 * [E.13: Never throw while being the direct owner of an object](#Re-never-throw)
15422 * [E.14: Use purpose-designed user-defined types as exceptions (not built-in types)](#Re-exception-types)
15423 * [E.15: Catch exceptions from a hierarchy by reference](#Re-exception-ref)
15424 * [E.16: Destructors, deallocation, and `swap` must never fail](#Re-never-fail)
15425 * [E.17: Don't try to catch every exception in every function](#Re-not-always)
15426 * [E.18: Minimize the use of explicit `try`/`catch`](#Re-catch)
15427 * [E.19: Use a `final_action` object to express cleanup if no suitable resource handle is available](#Re-finally)
15429 * [E.25: If you can't throw exceptions, simulate RAII for resource management](#Re-no-throw-raii)
15430 * [E.26: If you can't throw exceptions, consider failing fast](#Re-no-throw-crash)
15431 * [E.27: If you can't throw exceptions, use error codes systematically](#Re-no-throw-codes)
15432 * [E.28: Avoid error handling based on global state (e.g. `errno`)](#Re-no-throw)
15434 * [E.30: Don't use exception specifications](#Re-specifications)
15435 * [E.31: Properly order your `catch`-clauses](#Re_catch)
15437 ### <a name="Re-design"></a>E.1: Develop an error-handling strategy early in a design
15439 ##### Reason
15441 A consistent and complete strategy for handling errors and resource leaks is hard to retrofit into a system.
15443 ### <a name="Re-throw"></a>E.2: Throw an exception to signal that a function can't perform its assigned task
15445 ##### Reason
15447 To make error handling systematic, robust, and non-repetitive.
15449 ##### Example
15451     struct Foo {
15452         vector<Thing> v;
15453         File_handle f;
15454         string s;
15455     };
15457     void use()
15458     {
15459         Foo bar {{Thing{1}, Thing{2}, Thing{monkey}}, {"my_file", "r"}, "Here we go!"};
15460         // ...
15461     }
15463 Here, `vector` and `string`s constructors might not be able to allocate sufficient memory for their elements, `vector`s constructor might not be able copy the `Thing`s in its initializer list, and `File_handle` might not be able to open the required file.
15464 In each case, they throw an exception for `use()`'s caller to handle.
15465 If `use()` could handle the failure to construct `bar` it can take control using `try`/`catch`.
15466 In either case, `Foo`'s constructor correctly destroys constructed members before passing control to whatever tried to create a `Foo`.
15467 Note that there is no return value that could contain an error code.
15469 The `File_handle` constructor might be defined like this:
15471     File_handle::File_handle(const string& name, const string& mode)
15472         : f{fopen(name.c_str(), mode.c_str())}
15473     {
15474         if (!f)
15475             throw runtime_error{"File_handle: could not open " + name + " as " + mode};
15476     }
15478 ##### Note
15480 It is often said that exceptions are meant to signal exceptional events and failures.
15481 However, that's a bit circular because "what is exceptional?"
15482 Examples:
15484 * A precondition that cannot be met
15485 * A constructor that cannot construct an object (failure to establish its class's [invariant](#Rc-struct))
15486 * An out-of-range error (e.g., `v[v.size()] = 7`)
15487 * Inability to acquire a resource (e.g., the network is down)
15489 In contrast, termination of an ordinary loop is not exceptional.
15490 Unless the loop was meant to be infinite, termination is normal and expected.
15492 ##### Note
15494 Don't use a `throw` as simply an alternative way of returning a value from a function.
15496 ##### Exception
15498 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`.
15500 **See also**: [RAII](#Re-raii)
15502 **See also**: [discussion](#Sd-noexcept)
15504 ##### Note
15506 Before deciding that you cannot afford or don't like exception-based error handling, have a look at the [alternatives](#Re-no-throw-raii);
15507 they have their own complexities and problems.
15508 Also, as far as possible, measure before making claims about efficiency.
15510 ### <a name="Re-errors"></a>E.3: Use exceptions for error handling only
15512 ##### Reason
15514 To keep error handling separated from "ordinary code."
15515 C++ implementations tend to be optimized based on the assumption that exceptions are rare.
15517 ##### Example, don't
15519     // don't: exception not used for error handling
15520     int find_index(vector<string>& vec, const string& x)
15521     {
15522         try {
15523             for (gsl::index i = 0; i < vec.size(); ++i)
15524                 if (vec[i] == x) throw i;  // found x
15525         }
15526         catch (int i) {
15527             return i;
15528         }
15529         return -1;   // not found
15530     }
15532 This is more complicated and most likely runs much slower than the obvious alternative.
15533 There is nothing exceptional about finding a value in a `vector`.
15535 ##### Enforcement
15537 Would need to be heuristic.
15538 Look for exception values "leaked" out of `catch` clauses.
15540 ### <a name="Re-design-invariants"></a>E.4: Design your error-handling strategy around invariants
15542 ##### Reason
15544 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.
15546 ##### Note
15548 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.
15550 ##### Enforcement
15554 ### <a name="Re-invariant"></a>E.5: Let a constructor establish an invariant, and throw if it cannot
15556 ##### Reason
15558 Leaving an object without its invariant established is asking for trouble.
15559 Not all member functions can be called.
15561 ##### Example
15563     class Vector {  // very simplified vector of doubles
15564         // if elem != nullptr then elem points to sz doubles
15565     public:
15566         Vector() : elem{nullptr}, sz{0}{}
15567         Vector(int s) : elem{new double[s]}, sz{s} { /* initialize elements */ }
15568         ~Vector() { delete [] elem; }
15569         double& operator[](int s) { return elem[s]; }
15570         // ...
15571     private:
15572         owner<double*> elem;
15573         int sz;
15574     };
15576 The class invariant - here stated as a comment - is established by the constructors.
15577 `new` throws if it cannot allocate the required memory.
15578 The operators, notably the subscript operator, relies on the invariant.
15580 **See also**: [If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception](#Rc-throw)
15582 ##### Enforcement
15584 Flag classes with `private` state without a constructor (public, protected, or private).
15586 ### <a name="Re-raii"></a>E.6: Use RAII to prevent leaks
15588 ##### Reason
15590 Leaks are typically unacceptable.
15591 Manual resource release is error-prone.
15592 RAII ("Resource Acquisition Is Initialization") is the simplest, most systematic way of preventing leaks.
15594 ##### Example
15596     void f1(int i)   // Bad: possible leak
15597     {
15598         int* p = new int[12];
15599         // ...
15600         if (i < 17) throw Bad{"in f()", i};
15601         // ...
15602     }
15604 We could carefully release the resource before the throw:
15606     void f2(int i)   // Clumsy and error-prone: explicit release
15607     {
15608         int* p = new int[12];
15609         // ...
15610         if (i < 17) {
15611             delete[] p;
15612             throw Bad{"in f()", i};
15613         }
15614         // ...
15615     }
15617 This is verbose. In larger code with multiple possible `throw`s explicit releases become repetitive and error-prone.
15619     void f3(int i)   // OK: resource management done by a handle (but see below)
15620     {
15621         auto p = make_unique<int[]>(12);
15622         // ...
15623         if (i < 17) throw Bad{"in f()", i};
15624         // ...
15625     }
15627 Note that this works even when the `throw` is implicit because it happened in a called function:
15629     void f4(int i)   // OK: resource management done by a handle (but see below)
15630     {
15631         auto p = make_unique<int[]>(12);
15632         // ...
15633         helper(i);   // might throw
15634         // ...
15635     }
15637 Unless you really need pointer semantics, use a local resource object:
15639     void f5(int i)   // OK: resource management done by local object
15640     {
15641         vector<int> v(12);
15642         // ...
15643         helper(i);   // might throw
15644         // ...
15645     }
15647 That's even simpler and safer, and often more efficient.
15649 ##### Note
15651 If there is no obvious resource handle and for some reason defining a proper RAII object/handle is infeasible,
15652 as a last resort, cleanup actions can be represented by a [`final_action`](#Re-finally) object.
15654 ##### Note
15656 But what do we do if we are writing a program where exceptions cannot be used?
15657 First challenge that assumption; there are many anti-exceptions myths around.
15658 We know of only a few good reasons:
15660 * We are on a system so small that the exception support would eat up most of our 2K memory.
15661 * 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.
15662 * We are in a system with tons of legacy code using lots of pointers in difficult-to-understand ways
15663   (in particular without a recognizable ownership strategy) so that exceptions could cause leaks.
15664 * Our implementation of the C++ exception mechanisms is unreasonably poor
15665 (slow, memory consuming, failing to work correctly for dynamically linked libraries, etc.).
15666 Complain to your implementation purveyor; if no user complains, no improvement will happen.
15667 * We get fired if we challenge our manager's ancient wisdom.
15669 Only the first of these reasons is fundamental, so whenever possible, use exceptions to implement RAII, or design your RAII objects to never fail.
15670 When exceptions cannot be used, simulate RAII.
15671 That is, systematically check that objects are valid after construction and still release all resources in the destructor.
15672 One strategy is to add a `valid()` operation to every resource handle:
15674     void f()
15675     {
15676         vector<string> vs(100);   // not std::vector: valid() added
15677         if (!vs.valid()) {
15678             // handle error or exit
15679         }
15681         ifstream fs("foo");   // not std::ifstream: valid() added
15682         if (!fs.valid()) {
15683             // handle error or exit
15684         }
15686         // ...
15687     } // destructors clean up as usual
15689 Obviously, this increases the size of the code, doesn't allow for implicit propagation of "exceptions" (`valid()` checks), and `valid()` checks can be forgotten.
15690 Prefer to use exceptions.
15692 **See also**: [Use of `noexcept`](#Re-noexcept)
15694 ##### Enforcement
15698 ### <a name="Re-precondition"></a>E.7: State your preconditions
15700 ##### Reason
15702 To avoid interface errors.
15704 **See also**: [precondition rule](#Ri-pre)
15706 ### <a name="Re-postcondition"></a>E.8: State your postconditions
15708 ##### Reason
15710 To avoid interface errors.
15712 **See also**: [postcondition rule](#Ri-post)
15714 ### <a name="Re-noexcept"></a>E.12: Use `noexcept` when exiting a function because of a `throw` is impossible or unacceptable
15716 ##### Reason
15718 To make error handling systematic, robust, and efficient.
15720 ##### Example
15722     double compute(double d) noexcept
15723     {
15724         return log(sqrt(d <= 0 ? 1 : d));
15725     }
15727 Here, we know that `compute` will not throw because it is composed out of operations that don't throw.
15728 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`.
15730 ##### Note
15732 Many standard-library functions are `noexcept` including all the standard-library functions "inherited" from the C Standard Library.
15734 ##### Example
15736     vector<double> munge(const vector<double>& v) noexcept
15737     {
15738         vector<double> v2(v.size());
15739         // ... do something ...
15740     }
15742 The `noexcept` here states that I am not willing or able to handle the situation where I cannot construct the local `vector`.
15743 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.
15745 ##### Note
15747 Do not use traditional [exception-specifications](#Re-specifications).
15749 ##### See also
15751 [discussion](#Sd-noexcept).
15753 ### <a name="Re-never-throw"></a>E.13: Never throw while being the direct owner of an object
15755 ##### Reason
15757 That would be a leak.
15759 ##### Example
15761     void leak(int x)   // don't: might leak
15762     {
15763         auto p = new int{7};
15764         if (x < 0) throw Get_me_out_of_here{};  // might leak *p
15765         // ...
15766         delete p;   // we might never get here
15767     }
15769 One way of avoiding such problems is to use resource handles consistently:
15771     void no_leak(int x)
15772     {
15773         auto p = make_unique<int>(7);
15774         if (x < 0) throw Get_me_out_of_here{};  // will delete *p if necessary
15775         // ...
15776         // no need for delete p
15777     }
15779 Another solution (often better) would be to use a local variable to eliminate explicit use of pointers:
15781     void no_leak_simplified(int x)
15782     {
15783         vector<int> v(7);
15784         // ...
15785     }
15787 ##### Note
15789 If you have local "things" that requires cleanup, but is not represented by an object with a destructor, such cleanup must
15790 also be done before a `throw`.
15791 Sometimes, [`finally()`](#Re-finally) can make such unsystematic cleanup a bit more manageable.
15793 ### <a name="Re-exception-types"></a>E.14: Use purpose-designed user-defined types as exceptions (not built-in types)
15795 ##### Reason
15797 A user-defined type is unlikely to clash with other people's exceptions.
15799 ##### Example
15801     void my_code()
15802     {
15803         // ...
15804         throw Moonphase_error{};
15805         // ...
15806     }
15808     void your_code()
15809     {
15810         try {
15811             // ...
15812             my_code();
15813             // ...
15814         }
15815         catch(const Bufferpool_exhausted&) {
15816             // ...
15817         }
15818     }
15820 ##### Example, don't
15822     void my_code()     // Don't
15823     {
15824         // ...
15825         throw 7;       // 7 means "moon in the 4th quarter"
15826         // ...
15827     }
15829     void your_code()   // Don't
15830     {
15831         try {
15832             // ...
15833             my_code();
15834             // ...
15835         }
15836         catch(int i) {  // i == 7 means "input buffer too small"
15837             // ...
15838         }
15839     }
15841 ##### Note
15843 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.
15845 ##### Example, don't
15847     void my_code()   // Don't
15848     {
15849         // ...
15850         throw runtime_error{"moon in the 4th quarter"};
15851         // ...
15852     }
15854     void your_code()   // Don't
15855     {
15856         try {
15857             // ...
15858             my_code();
15859             // ...
15860         }
15861         catch(const runtime_error&) {   // runtime_error means "input buffer too small"
15862             // ...
15863         }
15864     }
15866 **See also**: [Discussion](#Sd-???)
15868 ##### Enforcement
15870 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.
15872 ### <a name="Re-exception-ref"></a>E.15: Catch exceptions from a hierarchy by reference
15874 ##### Reason
15876 To prevent slicing.
15878 ##### Example
15880     void f()
15881     {
15882         try {
15883             // ...
15884         }
15885         catch (exception e) {   // don't: might slice
15886             // ...
15887         }
15888     }
15890 Instead, use a reference:
15892     catch (exception& e) { /* ... */ }
15894 or - typically better still - a `const` reference:
15896     catch (const exception& e) { /* ... */ }
15898 Most handlers do not modify their exception and in general we [recommend use of `const`](#Res-const).
15900 ##### Note
15902 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.)
15904 ##### Enforcement
15906 Flag by-value exceptions if their types are part of a hierarchy (could require whole-program analysis to be perfect).
15908 ### <a name="Re-never-fail"></a>E.16: Destructors, deallocation, and `swap` must never fail
15910 ##### Reason
15912 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.
15914 ##### Example, don't
15916     class Connection {
15917         // ...
15918     public:
15919         ~Connection()   // Don't: very bad destructor
15920         {
15921             if (cannot_disconnect()) throw I_give_up{information};
15922             // ...
15923         }
15924     };
15926 ##### Note
15928 Many have tried to write reliable code violating this rule for examples, such as a network connection that "refuses to close".
15929 To the best of our knowledge nobody has found a general way of doing this.
15930 Occasionally, for very specific examples, you can get away with setting some state for future cleanup.
15931 For example, we might put a socket that does not want to close on a "bad socket" list,
15932 to be examined by a regular sweep of the system state.
15933 Every example we have seen of this is error-prone, specialized, and often buggy.
15935 ##### Note
15937 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.
15939 ##### Note
15941 Deallocation functions, including `operator delete`, must be `noexcept`. `swap` functions must be `noexcept`.
15942 Most destructors are implicitly `noexcept` by default.
15943 Also, [make move operations `noexcept`](#Rc-move-noexcept).
15945 ##### Enforcement
15947 Catch destructors, deallocation operations, and `swap`s that `throw`.
15948 Catch such operations that are not `noexcept`.
15950 **See also**: [discussion](#Sd-never-fail)
15952 ### <a name="Re-not-always"></a>E.17: Don't try to catch every exception in every function
15954 ##### Reason
15956 Catching an exception in a function that cannot take a meaningful recovery action leads to complexity and waste.
15957 Let an exception propagate until it reaches a function that can handle it.
15958 Let cleanup actions on the unwinding path be handled by [RAII](#Re-raii).
15960 ##### Example, don't
15962     void f()   // bad
15963     {
15964         try {
15965             // ...
15966         }
15967         catch (...) {
15968             // no action
15969             throw;   // propagate exception
15970         }
15971     }
15973 ##### Enforcement
15975 * Flag nested try-blocks.
15976 * Flag source code files with a too high ratio of try-blocks to functions. (??? Problem: define "too high")
15978 ### <a name="Re-catch"></a>E.18: Minimize the use of explicit `try`/`catch`
15980 ##### Reason
15982  `try`/`catch` is verbose and non-trivial uses are error-prone.
15983  `try`/`catch` can be a sign of unsystematic and/or low-level resource management or error handling.
15985 ##### Example, Bad
15987     void f(zstring s)
15988     {
15989         Gadget* p;
15990         try {
15991             p = new Gadget(s);
15992             // ...
15993             delete p;
15994         }
15995         catch (Gadget_construction_failure) {
15996             delete p;
15997             throw;
15998         }
15999     }
16001 This code is messy.
16002 There could be a leak from the naked pointer in the `try` block.
16003 Not all exceptions are handled.
16004 `deleting` an object that failed to construct is almost certainly a mistake.
16005 Better:
16007     void f2(zstring s)
16008     {
16009         Gadget g {s};
16010     }
16012 ##### Alternatives
16014 * proper resource handles and [RAII](#Re-raii)
16015 * [`finally`](#Re-finally)
16017 ##### Enforcement
16019 ??? hard, needs a heuristic
16021 ### <a name="Re-finally"></a>E.19: Use a `final_action` object to express cleanup if no suitable resource handle is available
16023 ##### Reason
16025 `finally` is less verbose and harder to get wrong than `try`/`catch`.
16027 ##### Example
16029     void f(int n)
16030     {
16031         void* p = malloc(n);
16032         auto _ = finally([p] { free(p); });
16033         // ...
16034     }
16036 ##### Note
16038 `finally` is not as messy as `try`/`catch`, but it is still ad-hoc.
16039 Prefer [proper resource management objects](#Re-raii).
16040 Consider `finally` a last resort.
16042 ##### Note
16044 Use of `finally` is a systematic and reasonably clean alternative to the old [`goto exit;` technique](#Re-no-throw-codes)
16045 for dealing with cleanup where resource management is not systematic.
16047 ##### Enforcement
16049 Heuristic: Detect `goto exit;`
16051 ### <a name="Re-no-throw-raii"></a>E.25: If you can't throw exceptions, simulate RAII for resource management
16053 ##### Reason
16055 Even without exceptions, [RAII](#Re-raii) is usually the best and most systematic way of dealing with resources.
16057 ##### Note
16059 Error handling using exceptions is the only complete and systematic way of handling non-local errors in C++.
16060 In particular, non-intrusively signaling failure to construct an object requires an exception.
16061 Signaling errors in a way that cannot be ignored requires exceptions.
16062 If you can't use exceptions, simulate their use as best you can.
16064 A lot of fear of exceptions is misguided.
16065 When used for exceptional circumstances in code that is not littered with pointers and complicated control structures,
16066 exception handling is almost always affordable (in time and space) and almost always leads to better code.
16067 This, of course, assumes a good implementation of the exception handling mechanisms, which is not available on all systems.
16068 There are also cases where the problems above do not apply, but exceptions cannot be used for other reasons.
16069 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.
16070 In the absence of appropriate time estimation tools, this is hard to guarantee for exceptions.
16071 Such systems (e.g. flight control software) typically also ban the use of dynamic (heap) memory.
16073 So, the primary guideline for error handling is "use exceptions and [RAII](#Re-raii)."
16074 This section deals with the cases where you either do not have an efficient implementation of exceptions,
16075 or have such a rat's nest of old-style code
16076 (e.g., lots of pointers, ill-defined ownership, and lots of unsystematic error handling based on tests of error codes)
16077 that it is infeasible to introduce simple and systematic exception handling.
16079 Before condemning exceptions or complaining too much about their cost, consider examples of the use of [error codes](#Re-no-throw-codes).
16080 Consider the cost and complexity of the use of error codes.
16081 If performance is your worry, measure.
16083 ##### Example
16085 Assume you wanted to write
16087     void func(zstring arg)
16088     {
16089         Gadget g {arg};
16090         // ...
16091     }
16093 If the `gadget` isn't correctly constructed, `func` exits with an exception.
16094 If we cannot throw an exception, we can simulate this RAII style of resource handling by adding a `valid()` member function to `Gadget`:
16096     error_indicator func(zstring arg)
16097     {
16098         Gadget g {arg};
16099         if (!g.valid()) return gadget_construction_error;
16100         // ...
16101         return 0;   // zero indicates "good"
16102     }
16104 The problem is of course that the caller now has to remember to test the return value.
16106 **See also**: [Discussion](#Sd-???)
16108 ##### Enforcement
16110 Possible (only) for specific versions of this idea: e.g., test for systematic test of `valid()` after resource handle construction
16112 ### <a name="Re-no-throw-crash"></a>E.26: If you can't throw exceptions, consider failing fast
16114 ##### Reason
16116 If you can't do a good job at recovering, at least you can get out before too much consequential damage is done.
16118 **See also**: [Simulating RAII](#Re-no-throw-raii)
16120 ##### Note
16122 If you cannot be systematic about error handling, consider "crashing" as a response to any error that cannot be handled locally.
16123 That is, if you cannot recover from an error in the context of the function that detected it, call `abort()`, `quick_exit()`,
16124 or a similar function that will trigger some sort of system restart.
16126 In systems where you have lots of processes and/or lots of computers, you need to expect and handle fatal crashes anyway,
16127 say from hardware failures.
16128 In such cases, "crashing" is simply leaving error handling to the next level of the system.
16130 ##### Example
16132     void f(int n)
16133     {
16134         // ...
16135         p = static_cast<X*>(malloc(n * sizeof(X)));
16136         if (!p) abort();     // abort if memory is exhausted
16137         // ...
16138     }
16140 Most programs cannot handle memory exhaustion gracefully anyway. This is roughly equivalent to
16142     void f(int n)
16143     {
16144         // ...
16145         p = new X[n];    // throw if memory is exhausted (by default, terminate)
16146         // ...
16147     }
16149 Typically, it is a good idea to log the reason for the "crash" before exiting.
16151 ##### Enforcement
16153 Awkward
16155 ### <a name="Re-no-throw-codes"></a>E.27: If you can't throw exceptions, use error codes systematically
16157 ##### Reason
16159 Systematic use of any error-handling strategy minimizes the chance of forgetting to handle an error.
16161 **See also**: [Simulating RAII](#Re-no-throw-raii)
16163 ##### Note
16165 There are several issues to be addressed:
16167 * How do you transmit an error indicator from out of a function?
16168 * How do you release all resources from a function before doing an error exit?
16169 * What do you use as an error indicator?
16171 In general, returning an error indicator implies returning two values: The result and an error indicator.
16172 The error indicator can be part of the object, e.g. an object can have a `valid()` indicator
16173 or a pair of values can be returned.
16175 ##### Example
16177     Gadget make_gadget(int n)
16178     {
16179         // ...
16180     }
16182     void user()
16183     {
16184         Gadget g = make_gadget(17);
16185         if (!g.valid()) {
16186                 // error handling
16187         }
16188         // ...
16189     }
16191 This approach fits with [simulated RAII resource management](#Re-no-throw-raii).
16192 The `valid()` function could return an `error_indicator` (e.g. a member of an `error_indicator` enumeration).
16194 ##### Example
16196 What if we cannot or do not want to modify the `Gadget` type?
16197 In that case, we must return a pair of values.
16198 For example:
16200     std::pair<Gadget, error_indicator> make_gadget(int n)
16201     {
16202         // ...
16203     }
16205     void user()
16206     {
16207         auto r = make_gadget(17);
16208         if (!r.second) {
16209                 // error handling
16210         }
16211         Gadget& g = r.first;
16212         // ...
16213     }
16215 As shown, `std::pair` is a possible return type.
16216 Some people prefer a specific type.
16217 For example:
16219     Gval make_gadget(int n)
16220     {
16221         // ...
16222     }
16224     void user()
16225     {
16226         auto r = make_gadget(17);
16227         if (!r.err) {
16228                 // error handling
16229         }
16230         Gadget& g = r.val;
16231         // ...
16232     }
16234 One reason to prefer a specific return type is to have names for its members, rather than the somewhat cryptic `first` and `second`
16235 and to avoid confusion with other uses of `std::pair`.
16237 ##### Example
16239 In general, you must clean up before an error exit.
16240 This can be messy:
16242     std::pair<int, error_indicator> user()
16243     {
16244         Gadget g1 = make_gadget(17);
16245         if (!g1.valid()) {
16246             return {0, g1_error};
16247         }
16249         Gadget g2 = make_gadget(31);
16250         if (!g2.valid()) {
16251             cleanup(g1);
16252             return {0, g2_error};
16253         }
16255         // ...
16257         if (all_foobar(g1, g2)) {
16258             cleanup(g2);
16259             cleanup(g1);
16260             return {0, foobar_error};
16261         }
16263         // ...
16265         cleanup(g2);
16266         cleanup(g1);
16267         return {res, 0};
16268     }
16270 Simulating RAII can be non-trivial, especially in functions with multiple resources and multiple possible errors.
16271 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):
16273     std::pair<int, error_indicator> user()
16274     {
16275         error_indicator err = 0;
16276         int res = 0;
16278         Gadget g1 = make_gadget(17);
16279         if (!g1.valid()) {
16280             err = g1_error;
16281             goto g1_exit;
16282         }
16284         {
16285             Gadget g2 = make_gadget(31);
16286             if (!g2.valid()) {
16287                 err = g2_error;
16288                 goto g2_exit;
16289             }
16291             if (all_foobar(g1, g2)) {
16292                 err = foobar_error;
16293                 goto g2_exit;
16294             }
16296             // ...
16298         g2_exit:
16299             if (g2.valid()) cleanup(g2);
16300         }
16302     g1_exit:
16303         if (g1.valid()) cleanup(g1);
16304         return {res, err};
16305     }
16307 The larger the function, the more tempting this technique becomes.
16308 `finally` can [ease the pain a bit](#Re-finally).
16309 Also, the larger the program becomes the harder it is to apply an error-indicator-based error-handling strategy systematically.
16311 We [prefer exception-based error handling](#Re-throw) and recommend [keeping functions short](#Rf-single).
16313 **See also**: [Discussion](#Sd-???)
16315 **See also**: [Returning multiple values](#Rf-out-multi)
16317 ##### Enforcement
16319 Awkward.
16321 ### <a name="Re-no-throw"></a>E.28: Avoid error handling based on global state (e.g. `errno`)
16323 ##### Reason
16325 Global state is hard to manage and it is easy to forget to check it.
16326 When did you last test the return value of `printf()`?
16328 **See also**: [Simulating RAII](#Re-no-throw-raii)
16330 ##### Example, bad
16332     int last_err;
16334     void f(int n)
16335     {
16336         // ...
16337         p = static_cast<X*>(malloc(n * sizeof(X)));
16338         if (!p) last_err = -1;     // error if memory is exhausted
16339         // ...
16340     }
16342 ##### Note
16344 C-style error handling is based on the global variable `errno`, so it is essentially impossible to avoid this style completely.
16346 ##### Enforcement
16348 Awkward.
16351 ### <a name="Re-specifications"></a>E.30: Don't use exception specifications
16353 ##### Reason
16355 Exception specifications make error handling brittle, impose a run-time cost, and have been removed from the C++ standard.
16357 ##### Example
16359     int use(int arg)
16360         throw(X, Y)
16361     {
16362         // ...
16363         auto x = f(arg);
16364         // ...
16365     }
16367 If `f()` throws an exception different from `X` and `Y` the unexpected handler is invoked, which by default terminates.
16368 That's OK, but say that we have checked that this cannot happen and `f` is changed to throw a new exception `Z`,
16369 we now have a crash on our hands unless we change `use()` (and re-test everything).
16370 The snag is that `f()` might be in a library we do not control and the new exception is not anything that `use()` can do
16371 anything about or is in any way interested in.
16372 We can change `use()` to pass `Z` through, but now `use()`'s callers probably needs to be modified.
16373 This quickly becomes unmanageable.
16374 Alternatively, we can add a `try`-`catch` to `use()` to map `Z` into an acceptable exception.
16375 This too, quickly becomes unmanageable.
16376 Note that changes to the set of exceptions often happens at the lowest level of a system
16377 (e.g., because of changes to a network library or some middleware), so changes "bubble up" through long call chains.
16378 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.
16379 If `use()` is part of a library, it might not be possible to update it because a change could affect unknown clients.
16381 The policy of letting exceptions propagate until they reach a function that potentially can handle it has proven itself over the years.
16383 ##### Note
16385 No. This would not be any better had exception specifications been statically enforced.
16386 For example, see [Stroustrup94](#Stroustrup94).
16388 ##### Note
16390 If no exception can be thrown, use [`noexcept`](#Re-noexcept).
16392 ##### Enforcement
16394 Flag every exception specification.
16396 ### <a name="Re_catch"></a>E.31: Properly order your `catch`-clauses
16398 ##### Reason
16400 `catch`-clauses are evaluated in the order they appear and one clause can hide another.
16402 ##### Example
16404     void f()
16405     {
16406         // ...
16407         try {
16408                 // ...
16409         }
16410         catch (Base& b) { /* ... */ }
16411         catch (Derived& d) { /* ... */ }
16412         catch (...) { /* ... */ }
16413         catch (std::exception& e) { /* ... */ }
16414     }
16416 If `Derived`is derived from `Base` the `Derived`-handler will never be invoked.
16417 The "catch everything" handler ensured that the `std::exception`-handler will never be invoked.
16419 ##### Enforcement
16421 Flag all "hiding handlers".
16423 # <a name="S-const"></a>Con: Constants and immutability
16425 You can't have a race condition on a constant.
16426 It is easier to reason about a program when many of the objects cannot change their values.
16427 Interfaces that promises "no change" of objects passed as arguments greatly increase readability.
16429 Constant rule summary:
16431 * [Con.1: By default, make objects immutable](#Rconst-immutable)
16432 * [Con.2: By default, make member functions `const`](#Rconst-fct)
16433 * [Con.3: By default, pass pointers and references to `const`s](#Rconst-ref)
16434 * [Con.4: Use `const` to define objects with values that do not change after construction](#Rconst-const)
16435 * [Con.5: Use `constexpr` for values that can be computed at compile time](#Rconst-constexpr)
16437 ### <a name="Rconst-immutable"></a>Con.1: By default, make objects immutable
16439 ##### Reason
16441 Immutable objects are easier to reason about, so make objects non-`const` only when there is a need to change their value.
16442 Prevents accidental or hard-to-notice change of value.
16444 ##### Example
16446     for (const int i : c) cout << i << '\n';    // just reading: const
16448     for (int i : c) cout << i << '\n';          // BAD: just reading
16450 ##### Exception
16452 Function arguments are rarely mutated, but also rarely declared const.
16453 To avoid confusion and lots of false positives, don't enforce this rule for function arguments.
16455     void f(const char* const p); // pedantic
16456     void g(const int i);        // pedantic
16458 Note that function parameter is a local variable so changes to it are local.
16460 ##### Enforcement
16462 * Flag non-`const` variables that are not modified (except for parameters to avoid many false positives)
16464 ### <a name="Rconst-fct"></a>Con.2: By default, make member functions `const`
16466 ##### Reason
16468 A member function should be marked `const` unless it changes the object's observable state.
16469 This gives a more precise statement of design intent, better readability, more errors caught by the compiler, and sometimes more optimization opportunities.
16471 ##### Example, bad
16473     class Point {
16474         int x, y;
16475     public:
16476         int getx() { return x; }    // BAD, should be const as it doesn't modify the object's state
16477         // ...
16478     };
16480     void f(const Point& pt)
16481     {
16482         int x = pt.getx();          // ERROR, doesn't compile because getx was not marked const
16483     }
16485 ##### Note
16487 It is not inherently bad to pass a pointer or reference to non-`const`,
16488 but that should be done only when the called function is supposed to modify the object.
16489 A reader of code must assume that a function that takes a "plain" `T*` or `T&` will modify the object referred to.
16490 If it doesn't now, it might do so later without forcing recompilation.
16492 ##### Note
16494 There are code/libraries that offer functions that declare a`T*` even though
16495 those function do not modify that `T`.
16496 This is a problem for people modernizing code.
16497 You can
16499 * update the library to be `const`-correct; preferred long-term solution
16500 * "cast away `const`"; [best avoided](#Res-casts-const)
16501 * provide a wrapper function
16503 Example:
16505     void f(int* p);   // old code: f() does not modify `*p`
16506     void f(const int* p) { f(const_cast<int*>(p)); } // wrapper
16508 Note that this wrapper solution is a patch that should be used only when the declaration of `f()` cannot be modified,
16509 e.g. because it is in a library that you cannot modify.
16511 ##### Note
16513 A `const` member function can modify the value of an object that is `mutable` or accessed through a pointer member.
16514 A common use is to maintain a cache rather than repeatedly do a complicated computation.
16515 For example, here is a `Date` that caches (memoizes) its string representation to simplify repeated uses:
16517     class Date {
16518     public:
16519         // ...
16520         const string& string_ref() const
16521         {
16522             if (string_val == "") compute_string_rep();
16523             return string_val;
16524         }
16525         // ...
16526     private:
16527         void compute_string_rep() const;    // compute string representation and place it in string_val
16528         mutable string string_val;
16529         // ...
16530     };
16532 Another way of saying this is that `const`ness is not transitive.
16533 It is possible for a `const` member function to change the value of `mutable` members and the value of objects accessed
16534 through non-`const` pointers.
16535 It is the job of the class to ensure such mutation is done only when it makes sense according to the semantics (invariants)
16536 it offers to its users.
16538 **See also**: [Pimpl](#Ri-pimpl)
16540 ##### Enforcement
16542 * Flag a member function that is not marked `const`, but that does not perform a non-`const` operation on any member variable.
16544 ### <a name="Rconst-ref"></a>Con.3: By default, pass pointers and references to `const`s
16546 ##### Reason
16548  To avoid a called function unexpectedly changing the value.
16549  It's far easier to reason about programs when called functions don't modify state.
16551 ##### Example
16553     void f(char* p);        // does f modify *p? (assume it does)
16554     void g(const char* p);  // g does not modify *p
16556 ##### Note
16558 It is not inherently bad to pass a pointer or reference to non-`const`,
16559 but that should be done only when the called function is supposed to modify the object.
16561 ##### Note
16563 [Do not cast away `const`](#Res-casts-const).
16565 ##### Enforcement
16567 * Flag function that does not modify an object passed by  pointer or reference to non-`const`
16568 * Flag a function that (using a cast) modifies an object passed by pointer or reference to `const`
16570 ### <a name="Rconst-const"></a>Con.4: Use `const` to define objects with values that do not change after construction
16572 ##### Reason
16574  Prevent surprises from unexpectedly changed object values.
16576 ##### Example
16578     void f()
16579     {
16580         int x = 7;
16581         const int y = 9;
16583         for (;;) {
16584             // ...
16585         }
16586         // ...
16587     }
16589 As `x` is not `const`, we must assume that it is modified somewhere in the loop.
16591 ##### Enforcement
16593 * Flag unmodified non-`const` variables.
16595 ### <a name="Rconst-constexpr"></a>Con.5: Use `constexpr` for values that can be computed at compile time
16597 ##### Reason
16599 Better performance, better compile-time checking, guaranteed compile-time evaluation, no possibility of race conditions.
16601 ##### Example
16603     double x = f(2);            // possible run-time evaluation
16604     const double y = f(2);      // possible run-time evaluation
16605     constexpr double z = f(2);  // error unless f(2) can be evaluated at compile time
16607 ##### Note
16609 See F.4.
16611 ##### Enforcement
16613 * Flag `const` definitions with constant expression initializers.
16615 # <a name="S-templates"></a>T: Templates and generic programming
16617 Generic programming is programming using types and algorithms parameterized by types, values, and algorithms.
16618 In C++, generic programming is supported by the `template` language mechanisms.
16620 Arguments to generic functions are characterized by sets of requirements on the argument types and values involved.
16621 In C++, these requirements are expressed by compile-time predicates called concepts.
16623 Templates can also be used for meta-programming; that is, programs that compose code at compile time.
16625 A central notion in generic programming is "concepts"; that is, requirements on template arguments presented as compile-time predicates.
16626 "Concepts" are defined in an ISO Technical Specification: [concepts](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
16627 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).
16628 Concepts are supported in GCC 6.1 and later.
16629 Consequently, we comment out uses of concepts in examples; that is, we use them as formalized comments only.
16630 If you use GCC 6.1 or later, you can uncomment them.
16632 Template use rule summary:
16634 * [T.1: Use templates to raise the level of abstraction of code](#Rt-raise)
16635 * [T.2: Use templates to express algorithms that apply to many argument types](#Rt-algo)
16636 * [T.3: Use templates to express containers and ranges](#Rt-cont)
16637 * [T.4: Use templates to express syntax tree manipulation](#Rt-expr)
16638 * [T.5: Combine generic and OO techniques to amplify their strengths, not their costs](#Rt-generic-oo)
16640 Concept use rule summary:
16642 * [T.10: Specify concepts for all template arguments](#Rt-concepts)
16643 * [T.11: Whenever possible use standard concepts](#Rt-std-concepts)
16644 * [T.12: Prefer concept names over `auto` for local variables](#Rt-auto)
16645 * [T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts](#Rt-shorthand)
16646 * ???
16648 Concept definition rule summary:
16650 * [T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics](#Rt-low)
16651 * [T.21: Require a complete set of operations for a concept](#Rt-complete)
16652 * [T.22: Specify axioms for concepts](#Rt-axiom)
16653 * [T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns](#Rt-refine)
16654 * [T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics](#Rt-tag)
16655 * [T.25: Avoid complementary constraints](#Rt-not)
16656 * [T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax](#Rt-use)
16657 * [T.30: Use concept negation (`!C<T>`) sparingly to express a minor difference](#Rt-???)
16658 * [T.31: Use concept disjunction (`C1<T> || C2<T>`) sparingly to express alternatives](#Rt-???)
16659 * ???
16661 Template interface rule summary:
16663 * [T.40: Use function objects to pass operations to algorithms](#Rt-fo)
16664 * [T.41: Require only essential properties in a template's concepts](#Rt-essential)
16665 * [T.42: Use template aliases to simplify notation and hide implementation details](#Rt-alias)
16666 * [T.43: Prefer `using` over `typedef` for defining aliases](#Rt-using)
16667 * [T.44: Use function templates to deduce class template argument types (where feasible)](#Rt-deduce)
16668 * [T.46: Require template arguments to be at least `Regular` or `SemiRegular`](#Rt-regular)
16669 * [T.47: Avoid highly visible unconstrained templates with common names](#Rt-visible)
16670 * [T.48: If your compiler does not support concepts, fake them with `enable_if`](#Rt-concept-def)
16671 * [T.49: Where possible, avoid type-erasure](#Rt-erasure)
16673 Template definition rule summary:
16675 * [T.60: Minimize a template's context dependencies](#Rt-depend)
16676 * [T.61: Do not over-parameterize members (SCARY)](#Rt-scary)
16677 * [T.62: Place non-dependent class template members in a non-templated base class](#Rt-nondependent)
16678 * [T.64: Use specialization to provide alternative implementations of class templates](#Rt-specialization)
16679 * [T.65: Use tag dispatch to provide alternative implementations of functions](#Rt-tag-dispatch)
16680 * [T.67: Use specialization to provide alternative implementations for irregular types](#Rt-specialization2)
16681 * [T.68: Use `{}` rather than `()` within templates to avoid ambiguities](#Rt-cast)
16682 * [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)
16684 Template and hierarchy rule summary:
16686 * [T.80: Do not naively templatize a class hierarchy](#Rt-hier)
16687 * [T.81: Do not mix hierarchies and arrays](#Rt-array) // ??? somewhere in "hierarchies"
16688 * [T.82: Linearize a hierarchy when virtual functions are undesirable](#Rt-linear)
16689 * [T.83: Do not declare a member function template virtual](#Rt-virtual)
16690 * [T.84: Use a non-template core implementation to provide an ABI-stable interface](#Rt-abi)
16691 * [T.??: ????](#Rt-???)
16693 Variadic template rule summary:
16695 * [T.100: Use variadic templates when you need a function that takes a variable number of arguments of a variety of types](#Rt-variadic)
16696 * [T.101: ??? How to pass arguments to a variadic template ???](#Rt-variadic-pass)
16697 * [T.102: ??? How to process arguments to a variadic template ???](#Rt-variadic-process)
16698 * [T.103: Don't use variadic templates for homogeneous argument lists](#Rt-variadic-not)
16699 * [T.??: ????](#Rt-???)
16701 Metaprogramming rule summary:
16703 * [T.120: Use template metaprogramming only when you really need to](#Rt-metameta)
16704 * [T.121: Use template metaprogramming primarily to emulate concepts](#Rt-emulate)
16705 * [T.122: Use templates (usually template aliases) to compute types at compile time](#Rt-tmp)
16706 * [T.123: Use `constexpr` functions to compute values at compile time](#Rt-fct)
16707 * [T.124: Prefer to use standard-library TMP facilities](#Rt-std-tmp)
16708 * [T.125: If you need to go beyond the standard-library TMP facilities, use an existing library](#Rt-lib)
16709 * [T.??: ????](#Rt-???)
16711 Other template rules summary:
16713 * [T.140: Name all operations with potential for reuse](#Rt-name)
16714 * [T.141: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only](#Rt-lambda)
16715 * [T.142: Use template variables to simplify notation](#Rt-var)
16716 * [T.143: Don't write unintentionally non-generic code](#Rt-non-generic)
16717 * [T.144: Don't specialize function templates](#Rt-specialize-function)
16718 * [T.150: Check that a class matches a concept using `static_assert`](#Rt-check-class)
16719 * [T.??: ????](#Rt-???)
16721 ## <a name="SS-GP"></a>T.gp: Generic programming
16723 Generic programming is programming using types and algorithms parameterized by types, values, and algorithms.
16725 ### <a name="Rt-raise"></a>T.1: Use templates to raise the level of abstraction of code
16727 ##### Reason
16729 Generality. Reuse. Efficiency. Encourages consistent definition of user types.
16731 ##### Example, bad
16733 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":
16735     template<typename T>
16736         // requires Incrementable<T>
16737     T sum1(vector<T>& v, T s)
16738     {
16739         for (auto x : v) s += x;
16740         return s;
16741     }
16743     template<typename T>
16744         // requires Simple_number<T>
16745     T sum2(vector<T>& v, T s)
16746     {
16747         for (auto x : v) s = s + x;
16748         return s;
16749     }
16751 Assuming that `Incrementable` does not support `+` and `Simple_number` does not support `+=`, we have overconstrained implementers of `sum1` and `sum2`.
16752 And, in this case, missed an opportunity for a generalization.
16754 ##### Example
16756     template<typename T>
16757         // requires Arithmetic<T>
16758     T sum(vector<T>& v, T s)
16759     {
16760         for (auto x : v) s += x;
16761         return s;
16762     }
16764 Assuming that `Arithmetic` requires both `+` and `+=`, we have constrained the user of `sum` to provide a complete arithmetic type.
16765 That is not a minimal requirement, but it gives the implementer of algorithms much needed freedom and ensures that any `Arithmetic` type
16766 can be used for a wide variety of algorithms.
16768 For additional generality and reusability, we could also use a more general `Container` or `Range` concept instead of committing to only one container, `vector`.
16770 ##### Note
16772 If we define a template to require exactly the operations required for a single implementation of a single algorithm
16773 (e.g., requiring just `+=` rather than also `=` and `+`) and only those, we have overconstrained maintainers.
16774 We aim to minimize requirements on template arguments, but the absolutely minimal requirements of an implementation is rarely a meaningful concept.
16776 ##### Note
16778 Templates can be used to express essentially everything (they are Turing complete), but the aim of generic programming (as expressed using templates)
16779 is to efficiently generalize operations/algorithms over a set of types with similar semantic properties.
16781 ##### Note
16783 The `requires` in the comments are uses of `concepts`.
16784 "Concepts" are defined in an ISO Technical Specification: [concepts](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
16785 Concepts are supported in GCC 6.1 and later.
16786 Consequently, we comment out uses of concepts in examples; that is, we use them as formalized comments only.
16787 If you use GCC 6.1 or later, you can uncomment them.
16789 ##### Enforcement
16791 * Flag algorithms with "overly simple" requirements, such as direct use of specific operators without a concept.
16792 * Do not flag the definition of the "overly simple" concepts themselves; they might simply be building blocks for more useful concepts.
16794 ### <a name="Rt-algo"></a>T.2: Use templates to express algorithms that apply to many argument types
16796 ##### Reason
16798 Generality. Minimizing the amount of source code. Interoperability. Reuse.
16800 ##### Example
16802 That's the foundation of the STL. A single `find` algorithm easily works with any kind of input range:
16804     template<typename Iter, typename Val>
16805         // requires Input_iterator<Iter>
16806         //       && Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
16807     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
16808     {
16809         // ...
16810     }
16812 ##### Note
16814 Don't use a template unless you have a realistic need for more than one template argument type.
16815 Don't overabstract.
16817 ##### Enforcement
16819 ??? tough, probably needs a human
16821 ### <a name="Rt-cont"></a>T.3: Use templates to express containers and ranges
16823 ##### Reason
16825 Containers need an element type, and expressing that as a template argument is general, reusable, and type safe.
16826 It also avoids brittle or inefficient workarounds. Convention: That's the way the STL does it.
16828 ##### Example
16830     template<typename T>
16831         // requires Regular<T>
16832     class Vector {
16833         // ...
16834         T* elem;   // points to sz Ts
16835         int sz;
16836     };
16838     Vector<double> v(10);
16839     v[7] = 9.9;
16841 ##### Example, bad
16843     class Container {
16844         // ...
16845         void* elem;   // points to size elements of some type
16846         int sz;
16847     };
16849     Container c(10, sizeof(double));
16850     ((double*) c.elem)[7] = 9.9;
16852 This doesn't directly express the intent of the programmer and hides the structure of the program from the type system and optimizer.
16854 Hiding the `void*` behind macros simply obscures the problems and introduces new opportunities for confusion.
16856 **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.
16857 See [Stable base](#Rt-abi).
16859 ##### Enforcement
16861 * Flag uses of `void*`s and casts outside low-level implementation code
16863 ### <a name="Rt-expr"></a>T.4: Use templates to express syntax tree manipulation
16865 ##### Reason
16867  ???
16869 ##### Example
16871     ???
16873 **Exceptions**: ???
16875 ### <a name="Rt-generic-oo"></a>T.5: Combine generic and OO techniques to amplify their strengths, not their costs
16877 ##### Reason
16879 Generic and OO techniques are complementary.
16881 ##### Example
16883 Static helps dynamic: Use static polymorphism to implement dynamically polymorphic interfaces.
16885     class Command {
16886         // pure virtual functions
16887     };
16889     // implementations
16890     template</*...*/>
16891     class ConcreteCommand : public Command {
16892         // implement virtuals
16893     };
16895 ##### Example
16897 Dynamic helps static: Offer a generic, comfortable, statically bound interface, but internally dispatch dynamically, so you offer a uniform object layout.
16898 Examples include type erasure as with `std::shared_ptr`'s deleter (but [don't overuse type erasure](#Rt-erasure)).
16900     #include <memory>
16902     class Object {
16903     public:
16904         template<typename T>
16905         Object(T&& obj)
16906             : concept_(std::make_shared<ConcreteCommand<T>>(std::forward<T>(obj))) {}
16908         int get_id() const { return concept_->get_id(); }
16910     private:
16911         struct Command {
16912             virtual ~Command() {}
16913             virtual int get_id() const = 0;
16914         };
16916         template<typename T>
16917         struct ConcreteCommand final : Command {
16918             ConcreteCommand(T&& obj) noexcept : object_(std::forward<T>(obj)) {}
16919             int get_id() const final { return object_.get_id(); }
16921         private:
16922             T object_;
16923         };
16925         std::shared_ptr<Command> concept_;
16926     };
16928     class Bar {
16929     public:
16930         int get_id() const { return 1; }
16931     };
16933     struct Foo {
16934     public:
16935         int get_id() const { return 2; }
16936     };
16938     Object o(Bar{});
16939     Object o2(Foo{});
16941 ##### Note
16943 In a class template, non-virtual functions are only instantiated if they're used -- but virtual functions are instantiated every time.
16944 This can bloat code size, and might overconstrain a generic type by instantiating functionality that is never needed.
16945 Avoid this, even though the standard-library facets made this mistake.
16947 ##### See also
16949 * ref ???
16950 * ref ???
16951 * ref ???
16953 ##### Enforcement
16955 See the reference to more specific rules.
16957 ## <a name="SS-concepts"></a>T.concepts: Concept rules
16959 Concepts is a facility for specifying requirements for template arguments.
16960 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.
16961 Concepts are, however, crucial in the thinking about generic programming and the basis of much work on future C++ libraries
16962 (standard and other).
16964 This section assumes concept support
16966 Concept use rule summary:
16968 * [T.10: Specify concepts for all template arguments](#Rt-concepts)
16969 * [T.11: Whenever possible use standard concepts](#Rt-std-concepts)
16970 * [T.12: Prefer concept names over `auto`](#Rt-auto)
16971 * [T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts](#Rt-shorthand)
16972 * ???
16974 Concept definition rule summary:
16976 * [T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics](#Rt-low)
16977 * [T.21: Require a complete set of operations for a concept](#Rt-complete)
16978 * [T.22: Specify axioms for concepts](#Rt-axiom)
16979 * [T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns](#Rt-refine)
16980 * [T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics](#Rt-tag)
16981 * [T.25: Avoid complimentary constraints](#Rt-not)
16982 * [T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax](#Rt-use)
16983 * ???
16985 ## <a name="SS-concept-use"></a>T.con-use: Concept use
16987 ### <a name="Rt-concepts"></a>T.10: Specify concepts for all template arguments
16989 ##### Reason
16991 Correctness and readability.
16992 The assumed meaning (syntax and semantics) of a template argument is fundamental to the interface of a template.
16993 A concept dramatically improves documentation and error handling for the template.
16994 Specifying concepts for template arguments is a powerful design tool.
16996 ##### Example
16998     template<typename Iter, typename Val>
16999     //    requires Input_iterator<Iter>
17000     //             && Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
17001     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
17002     {
17003         // ...
17004     }
17006 or equivalently and more succinctly:
17008     template<Input_iterator Iter, typename Val>
17009     //    requires Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
17010     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
17011     {
17012         // ...
17013     }
17015 ##### Note
17017 "Concepts" are defined in an ISO Technical Specification: [concepts](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
17018 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)
17019 Concepts are supported in GCC 6.1 and later.
17020 Consequently, we comment out uses of concepts in examples; that is, we use them as formalized comments only.
17021 If you use GCC 6.1 or later, you can uncomment them:
17023     template<typename Iter, typename Val>
17024         requires Input_iterator<Iter>
17025                && Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
17026     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
17027     {
17028         // ...
17029     }
17031 ##### Note
17033 Plain `typename` (or `auto`) is the least constraining concept.
17034 It should be used only rarely when nothing more than "it's a type" can be assumed.
17035 This is typically only needed when (as part of template metaprogramming code) we manipulate pure expression trees, postponing type checking.
17037 **References**: TC++PL4, Palo Alto TR, Sutton
17039 ##### Enforcement
17041 Flag template type arguments without concepts
17043 ### <a name="Rt-std-concepts"></a>T.11: Whenever possible use standard concepts
17045 ##### Reason
17047  "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)
17048 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.
17050 ##### Note
17052 Unless you are creating a new generic library, most of the concepts you need will already be defined by the standard library.
17054 ##### Example (using TS concepts)
17056     template<typename T>
17057         // don't define this: Sortable is in the GSL
17058     concept Ordered_container = Sequence<T> && Random_access<Iterator<T>> && Ordered<Value_type<T>>;
17060     void sort(Ordered_container& s);
17062 This `Ordered_container` is quite plausible, but it is very similar to the `Sortable` concept in the GSL (and the Range TS).
17063 Is it better? Is it right? Does it accurately reflect the standard's requirements for `sort`?
17064 It is better and simpler just to use `Sortable`:
17066     void sort(Sortable& s);   // better
17068 ##### Note
17070 The set of "standard" concepts is evolving as we approach an ISO standard including concepts.
17072 ##### Note
17074 Designing a useful concept is challenging.
17076 ##### Enforcement
17078 Hard.
17080 * Look for unconstrained arguments, templates that use "unusual"/non-standard concepts, templates that use "homebrew" concepts without axioms.
17081 * Develop a concept-discovery tool (e.g., see [an early experiment](http://www.stroustrup.com/sle2010_webversion.pdf)).
17083 ### <a name="Rt-auto"></a>T.12: Prefer concept names over `auto` for local variables
17085 ##### Reason
17087  `auto` is the weakest concept. Concept names convey more meaning than just `auto`.
17089 ##### Example (using TS concepts)
17091     vector<string> v{ "abc", "xyz" };
17092     auto& x = v.front();     // bad
17093     String& s = v.front();   // good (String is a GSL concept)
17095 ##### Enforcement
17097 * ???
17099 ### <a name="Rt-shorthand"></a>T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts
17101 ##### Reason
17103 Readability. Direct expression of an idea.
17105 ##### Example (using TS concepts)
17107 To say "`T` is `Sortable`":
17109     template<typename T>       // Correct but verbose: "The parameter is
17110     //    requires Sortable<T>   // of type T which is the name of a type
17111     void sort(T&);             // that is Sortable"
17113     template<Sortable T>       // Better (assuming support for concepts): "The parameter is of type T
17114     void sort(T&);             // which is Sortable"
17116     void sort(Sortable&);      // Best (assuming support for concepts): "The parameter is Sortable"
17118 The shorter versions better match the way we speak. Note that many templates don't need to use the `template` keyword.
17120 ##### Note
17122 "Concepts" are defined in an ISO Technical Specification: [concepts](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
17123 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)
17124 Concepts are supported in GCC 6.1 and later.
17125 Consequently, we comment out uses of concepts in examples; that is, we use them as formalized comments only.
17126 If you use a compiler that supports concepts (e.g., GCC 6.1 or later), you can remove the `//`.
17128 ##### Enforcement
17130 * Not feasible in the short term when people convert from the `<typename T>` and `<class T`> notation.
17131 * Later, flag declarations that first introduce a typename and then constrain it with a simple, single-type-argument concept.
17133 ## <a name="SS-concepts-def"></a>T.concepts.def: Concept definition rules
17135 Defining good concepts is non-trivial.
17136 Concepts are meant to represent fundamental concepts in an application domain (hence the name "concepts").
17137 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
17138 and will not give the full benefits of the mechanism.
17140 Obviously, defining concepts will be most useful for code that can use an implementation (e.g., GCC 6.1 or later),
17141 but defining concepts is in itself a useful design technique and help catch conceptual errors and clean up the concepts (sic!) of an implementation.
17143 ### <a name="Rt-low"></a>T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics
17145 ##### Reason
17147 Concepts are meant to express semantic notions, such as "a number", "a range" of elements, and "totally ordered."
17148 Simple constraints, such as "has a `+` operator" and "has a `>` operator" cannot be meaningfully specified in isolation
17149 and should be used only as building blocks for meaningful concepts, rather than in user code.
17151 ##### Example, bad (using TS concepts)
17153     template<typename T>
17154     concept Addable = has_plus<T>;    // bad; insufficient
17156     template<Addable N> auto algo(const N& a, const N& b) // use two numbers
17157     {
17158         // ...
17159         return a + b;
17160     }
17162     int x = 7;
17163     int y = 9;
17164     auto z = algo(x, y);   // z = 16
17166     string xx = "7";
17167     string yy = "9";
17168     auto zz = algo(xx, yy);   // zz = "79"
17170 Maybe the concatenation was expected. More likely, it was an accident. Defining minus equivalently would give dramatically different sets of accepted types.
17171 This `Addable` violates the mathematical rule that addition is supposed to be commutative: `a+b == b+a`.
17173 ##### Note
17175 The ability to specify a meaningful semantics is a defining characteristic of a true concept, as opposed to a syntactic constraint.
17177 ##### Example (using TS concepts)
17179     template<typename T>
17180     // The operators +, -, *, and / for a number are assumed to follow the usual mathematical rules
17181     concept Number = has_plus<T>
17182                      && has_minus<T>
17183                      && has_multiply<T>
17184                      && has_divide<T>;
17186     template<Number N> auto algo(const N& a, const N& b)
17187     {
17188         // ...
17189         return a + b;
17190     }
17192     int x = 7;
17193     int y = 9;
17194     auto z = algo(x, y);   // z = 16
17196     string xx = "7";
17197     string yy = "9";
17198     auto zz = algo(xx, yy);   // error: string is not a Number
17200 ##### Note
17202 Concepts with multiple operations have far lower chance of accidentally matching a type than a single-operation concept.
17204 ##### Enforcement
17206 * Flag single-operation `concepts` when used outside the definition of other `concepts`.
17207 * Flag uses of `enable_if` that appears to simulate single-operation `concepts`.
17210 ### <a name="Rt-complete"></a>T.21: Require a complete set of operations for a concept
17212 ##### Reason
17214 Ease of comprehension.
17215 Improved interoperability.
17216 Helps implementers and maintainers.
17218 ##### Note
17220 This is a specific variant of the general rule that [a concept must make semantic sense](#Rt-low).
17222 ##### Example, bad (using TS concepts)
17224     template<typename T> concept Subtractable = requires(T a, T, b) { a-b; };
17226 This makes no semantic sense.
17227 You need at least `+` to make `-` meaningful and useful.
17229 Examples of complete sets are
17231 * `Arithmetic`: `+`, `-`, `*`, `/`, `+=`, `-=`, `*=`, `/=`
17232 * `Comparable`: `<`, `>`, `<=`, `>=`, `==`, `!=`
17234 ##### Note
17236 This rule applies whether we use direct language support for concepts or not.
17237 It is a general design rule that even applies to non-templates:
17239     class Minimal {
17240         // ...
17241     };
17243     bool operator==(const Minimal&, const Minimal&);
17244     bool operator<(const Minimal&, const Minimal&);
17246     Minimal operator+(const Minimal&, const Minimal&);
17247     // no other operators
17249     void f(const Minimal& x, const Minimal& y)
17250     {
17251         if (!(x == y)) { /* ... */ }    // OK
17252         if (x != y) { /* ... */ }       // surprise! error
17254         while (!(x < y)) { /* ... */ }  // OK
17255         while (x >= y) { /* ... */ }    // surprise! error
17257         x = x + y;          // OK
17258         x += y;             // surprise! error
17259     }
17261 This is minimal, but surprising and constraining for users.
17262 It could even be less efficient.
17264 The rule supports the view that a concept should reflect a (mathematically) coherent set of operations.
17266 ##### Example
17268     class Convenient {
17269         // ...
17270     };
17272     bool operator==(const Convenient&, const Convenient&);
17273     bool operator<(const Convenient&, const Convenient&);
17274     // ... and the other comparison operators ...
17276     Minimal operator+(const Convenient&, const Convenient&);
17277     // .. and the other arithmetic operators ...
17279     void f(const Convenient& x, const Convenient& y)
17280     {
17281         if (!(x == y)) { /* ... */ }    // OK
17282         if (x != y) { /* ... */ }       // OK
17284         while (!(x < y)) { /* ... */ }  // OK
17285         while (x >= y) { /* ... */ }    // OK
17287         x = x + y;     // OK
17288         x += y;        // OK
17289     }
17291 It can be a nuisance to define all operators, but not hard.
17292 Ideally, that rule should be language supported by giving you comparison operators by default.
17294 ##### Enforcement
17296 * Flag classes that support "odd" subsets of a set of operators, e.g., `==` but not `!=` or `+` but not `-`.
17297   Yes, `std::string` is "odd", but it's too late to change that.
17300 ### <a name="Rt-axiom"></a>T.22: Specify axioms for concepts
17302 ##### Reason
17304 A meaningful/useful concept has a semantic meaning.
17305 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.
17306 Specifying semantics is a powerful design tool.
17308 ##### Example (using TS concepts)
17310     template<typename T>
17311         // The operators +, -, *, and / for a number are assumed to follow the usual mathematical rules
17312         // axiom(T a, T b) { a + b == b + a; a - a == 0; a * (b + c) == a * b + a * c; /*...*/ }
17313         concept Number = requires(T a, T b) {
17314             {a + b} -> T;   // the result of a + b is convertible to T
17315             {a - b} -> T;
17316             {a * b} -> T;
17317             {a / b} -> T;
17318         }
17320 ##### Note
17322 This is an axiom in the mathematical sense: something that can be assumed without proof.
17323 In general, axioms are not provable, and when they are the proof is often beyond the capability of a compiler.
17324 An axiom might not be general, but the template writer can assume that it holds for all inputs actually used (similar to a precondition).
17326 ##### Note
17328 In this context axioms are Boolean expressions.
17329 See the [Palo Alto TR](#S-references) for examples.
17330 Currently, C++ does not support axioms (even the ISO Concepts TS), so we have to make do with comments for a longish while.
17331 Once language support is available, the `//` in front of the axiom can be removed
17333 ##### Note
17335 The GSL concepts have well-defined semantics; see the Palo Alto TR and the Ranges TS.
17337 ##### Exception (using TS concepts)
17339 Early versions of a new "concept" still under development will often just define simple sets of constraints without a well-specified semantics.
17340 Finding good semantics can take effort and time.
17341 An incomplete set of constraints can still be very useful:
17343     // balancer for a generic binary tree
17344     template<typename Node> concept bool Balancer = requires(Node* p) {
17345         add_fixup(p);
17346         touch(p);
17347         detach(p);
17348     }
17350 So a `Balancer` must supply at least thee operations on a tree `Node`,
17351 but we are not yet ready to specify detailed semantics because a new kind of balanced tree might require more operations
17352 and the precise general semantics for all nodes is hard to pin down in the early stages of design.
17354 A "concept" that is incomplete or without a well-specified semantics can still be useful.
17355 For example, it allows for some checking during initial experimentation.
17356 However, it should not be assumed to be stable.
17357 Each new use case might require such an incomplete concept to be improved.
17359 ##### Enforcement
17361 * Look for the word "axiom" in concept definition comments
17363 ### <a name="Rt-refine"></a>T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns.
17365 ##### Reason
17367 Otherwise they cannot be distinguished automatically by the compiler.
17369 ##### Example (using TS concepts)
17371     template<typename I>
17372     concept bool Input_iter = requires(I iter) { ++iter; };
17374     template<typename I>
17375     concept bool Fwd_iter = Input_iter<I> && requires(I iter) { iter++; }
17377 The compiler can determine refinement based on the sets of required operations (here, suffix `++`).
17378 This decreases the burden on implementers of these types since
17379 they do not need any special declarations to "hook into the concept".
17380 If two concepts have exactly the same requirements, they are logically equivalent (there is no refinement).
17382 ##### Enforcement
17384 * Flag a concept that has exactly the same requirements as another already-seen concept (neither is more refined).
17385 To disambiguate them, see [T.24](#Rt-tag).
17387 ### <a name="Rt-tag"></a>T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics.
17389 ##### Reason
17391 Two concepts requiring the same syntax but having different semantics leads to ambiguity unless the programmer differentiates them.
17393 ##### Example (using TS concepts)
17395     template<typename I>    // iterator providing random access
17396     concept bool RA_iter = ...;
17398     template<typename I>    // iterator providing random access to contiguous data
17399     concept bool Contiguous_iter =
17400         RA_iter<I> && is_contiguous<I>::value;  // using is_contiguous trait
17402 The programmer (in a library) must define `is_contiguous` (a trait) appropriately.
17404 Wrapping a tag class into a concept leads to a simpler expression of this idea:
17406     template<typename I> concept Contiguous = is_contiguous<I>::value;
17408     template<typename I>
17409     concept bool Contiguous_iter = RA_iter<I> && Contiguous<I>;
17411 The programmer (in a library) must define `is_contiguous` (a trait) appropriately.
17413 ##### Note
17415 Traits can be trait classes or type traits.
17416 These can be user-defined or standard-library ones.
17417 Prefer the standard-library ones.
17419 ##### Enforcement
17421 * The compiler flags ambiguous use of identical concepts.
17422 * Flag the definition of identical concepts.
17424 ### <a name="Rt-not"></a>T.25: Avoid complementary constraints
17426 ##### Reason
17428 Clarity. Maintainability.
17429 Functions with complementary requirements expressed using negation are brittle.
17431 ##### Example (using TS concepts)
17433 Initially, people will try to define functions with complementary requirements:
17435     template<typename T>
17436         requires !C<T>    // bad
17437     void f();
17439     template<typename T>
17440         requires C<T>
17441     void f();
17443 This is better:
17445     template<typename T>   // general template
17446         void f();
17448     template<typename T>   // specialization by concept
17449         requires C<T>
17450     void f();
17452 The compiler will choose the unconstrained template only when `C<T>` is
17453 unsatisfied. If you do not want to (or cannot) define an unconstrained
17454 version of `f()`, then delete it.
17456     template<typename T>
17457     void f() = delete;
17459 The compiler will select the overload and emit an appropriate error.
17461 ##### Note
17463 Complementary constraints are unfortunately common in `enable_if` code:
17465     template<typename T>
17466     enable_if<!C<T>, void>   // bad
17467     f();
17469     template<typename T>
17470     enable_if<C<T>, void>
17471     f();
17474 ##### Note
17476 Complementary requirements on one requirements is sometimes (wrongly) considered manageable.
17477 However, for two or more requirements the number of definitions needs can go up exponentially (2,4,8,16,...):
17479     C1<T> && C2<T>
17480     !C1<T> && C2<T>
17481     C1<T> && !C2<T>
17482     !C1<T> && !C2<T>
17484 Now the opportunities for errors multiply.
17486 ##### Enforcement
17488 * Flag pairs of functions with `C<T>` and `!C<T>` constraints
17490 ### <a name="Rt-use"></a>T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax
17492 ##### Reason
17494 The definition is more readable and corresponds directly to what a user has to write.
17495 Conversions are taken into account. You don't have to remember the names of all the type traits.
17497 ##### Example (using TS concepts)
17499 You might be tempted to define a concept `Equality` like this:
17501     template<typename T> concept Equality = has_equal<T> && has_not_equal<T>;
17503 Obviously, it would be better and easier just to use the standard `EqualityComparable`,
17504 but - just as an example - if you had to define such a concept, prefer:
17506     template<typename T> concept Equality = requires(T a, T b) {
17507         bool == { a == b }
17508         bool == { a != b }
17509         // axiom { !(a == b) == (a != b) }
17510         // axiom { a = b; => a == b }  // => means "implies"
17511     }
17513 as opposed to defining two meaningless concepts `has_equal` and `has_not_equal` just as helpers in the definition of `Equality`.
17514 By "meaningless" we mean that we cannot specify the semantics of `has_equal` in isolation.
17516 ##### Enforcement
17520 ## <a name="SS-temp-interface"></a>Template interfaces
17522 Over the years, programming with templates have suffered from a weak distinction between the interface of a template
17523 and its implementation.
17524 Before concepts, that distinction had no direct language support.
17525 However, the interface to a template is a critical concept - a contract between a user and an implementer - and should be carefully designed.
17527 ### <a name="Rt-fo"></a>T.40: Use function objects to pass operations to algorithms
17529 ##### Reason
17531 Function objects can carry more information through an interface than a "plain" pointer to function.
17532 In general, passing function objects gives better performance than passing pointers to functions.
17534 ##### Example (using TS concepts)
17536     bool greater(double x, double y) { return x > y; }
17537     sort(v, greater);                                    // pointer to function: potentially slow
17538     sort(v, [](double x, double y) { return x > y; });   // function object
17539     sort(v, std::greater<>);                             // function object
17541     bool greater_than_7(double x) { return x > 7; }
17542     auto x = find_if(v, greater_than_7);                 // pointer to function: inflexible
17543     auto y = find_if(v, [](double x) { return x > 7; }); // function object: carries the needed data
17544     auto z = find_if(v, Greater_than<double>(7));        // function object: carries the needed data
17546 You can, of course, generalize those functions using `auto` or (when and where available) concepts. For example:
17548     auto y1 = find_if(v, [](Ordered x) { return x > 7; }); // require an ordered type
17549     auto z1 = find_if(v, [](auto x) { return x > 7; });    // hope that the type has a >
17551 ##### Note
17553 Lambdas generate function objects.
17555 ##### Note
17557 The performance argument depends on compiler and optimizer technology.
17559 ##### Enforcement
17561 * Flag pointer to function template arguments.
17562 * Flag pointers to functions passed as arguments to a template (risk of false positives).
17565 ### <a name="Rt-essential"></a>T.41: Require only essential properties in a template's concepts
17567 ##### Reason
17569 Keep interfaces simple and stable.
17571 ##### Example (using TS concepts)
17573 Consider, a `sort` instrumented with (oversimplified) simple debug support:
17575     void sort(Sortable& s)  // sort sequence s
17576     {
17577         if (debug) cerr << "enter sort( " << s <<  ")\n";
17578         // ...
17579         if (debug) cerr << "exit sort( " << s <<  ")\n";
17580     }
17582 Should this be rewritten to:
17584     template<Sortable S>
17585         requires Streamable<S>
17586     void sort(S& s)  // sort sequence s
17587     {
17588         if (debug) cerr << "enter sort( " << s <<  ")\n";
17589         // ...
17590         if (debug) cerr << "exit sort( " << s <<  ")\n";
17591     }
17593 After all, there is nothing in `Sortable` that requires `iostream` support.
17594 On the other hand, there is nothing in the fundamental idea of sorting that says anything about debugging.
17596 ##### Note
17598 If we require every operation used to be listed among the requirements, the interface becomes unstable:
17599 Every time we change the debug facilities, the usage data gathering, testing support, error reporting, etc.,
17600 the definition of the template would need change and every use of the template would have to be recompiled.
17601 This is cumbersome, and in some environments infeasible.
17603 Conversely, if we use an operation in the implementation that is not guaranteed by concept checking,
17604 we might get a late compile-time error.
17606 By not using concept checking for properties of a template argument that is not considered essential,
17607 we delay checking until instantiation time.
17608 We consider this a worthwhile tradeoff.
17610 Note that using non-local, non-dependent names (such as `debug` and `cerr`) also introduces context dependencies that might lead to "mysterious" errors.
17612 ##### Note
17614 It can be hard to decide which properties of a type are essential and which are not.
17616 ##### Enforcement
17620 ### <a name="Rt-alias"></a>T.42: Use template aliases to simplify notation and hide implementation details
17622 ##### Reason
17624 Improved readability.
17625 Implementation hiding.
17626 Note that template aliases replace many uses of traits to compute a type.
17627 They can also be used to wrap a trait.
17629 ##### Example
17631     template<typename T, size_t N>
17632     class Matrix {
17633         // ...
17634         using Iterator = typename std::vector<T>::iterator;
17635         // ...
17636     };
17638 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>::`.
17640 ##### Example
17642     template<typename T>
17643     void user(T& c)
17644     {
17645         // ...
17646         typename container_traits<T>::value_type x; // bad, verbose
17647         // ...
17648     }
17650     template<typename T>
17651     using Value_type = typename container_traits<T>::value_type;
17654 This saves the user of `Value_type` from having to know the technique used to implement `value_type`s.
17656     template<typename T>
17657     void user2(T& c)
17658     {
17659         // ...
17660         Value_type<T> x;
17661         // ...
17662     }
17664 ##### Note
17666 A simple, common use could be expressed: "Wrap traits!"
17668 ##### Enforcement
17670 * Flag use of `typename` as a disambiguator outside `using` declarations.
17671 * ???
17673 ### <a name="Rt-using"></a>T.43: Prefer `using` over `typedef` for defining aliases
17675 ##### Reason
17677 Improved readability: With `using`, the new name comes first rather than being embedded somewhere in a declaration.
17678 Generality: `using` can be used for template aliases, whereas `typedef`s can't easily be templates.
17679 Uniformity: `using` is syntactically similar to `auto`.
17681 ##### Example
17683     typedef int (*PFI)(int);   // OK, but convoluted
17685     using PFI2 = int (*)(int);   // OK, preferred
17687     template<typename T>
17688     typedef int (*PFT)(T);      // error
17690     template<typename T>
17691     using PFT2 = int (*)(T);   // OK
17693 ##### Enforcement
17695 * Flag uses of `typedef`. This will give a lot of "hits" :-(
17697 ### <a name="Rt-deduce"></a>T.44: Use function templates to deduce class template argument types (where feasible)
17699 ##### Reason
17701 Writing the template argument types explicitly can be tedious and unnecessarily verbose.
17703 ##### Example
17705     tuple<int, string, double> t1 = {1, "Hamlet", 3.14};   // explicit type
17706     auto t2 = make_tuple(1, "Ophelia"s, 3.14);         // better; deduced type
17708 Note the use of the `s` suffix to ensure that the string is a `std::string`, rather than a C-style string.
17710 ##### Note
17712 Since you can trivially write a `make_T` function, so could the compiler. Thus, `make_T` functions might become redundant in the future.
17714 ##### Exception
17716 Sometimes there isn't a good way of getting the template arguments deduced and sometimes, you want to specify the arguments explicitly:
17718     vector<double> v = { 1, 2, 3, 7.9, 15.99 };
17719     list<Record*> lst;
17721 ##### Note
17723 Note that C++17 will make this rule redundant by allowing the template arguments to be deduced directly from constructor arguments:
17724 [Template parameter deduction for constructors (Rev. 3)](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0091r1.html).
17725 For example:
17727     tuple t1 = {1, "Hamlet"s, 3.14}; // deduced: tuple<int, string, double>
17729 ##### Enforcement
17731 Flag uses where an explicitly specialized type exactly matches the types of the arguments used.
17733 ### <a name="Rt-regular"></a>T.46: Require template arguments to be at least `Regular` or `SemiRegular`
17735 ##### Reason
17737  Readability.
17738  Preventing surprises and errors.
17739  Most uses support that anyway.
17741 ##### Example
17743     class X {
17744     public:
17745         explicit X(int);
17746         X(const X&);            // copy
17747         X operator=(const X&);
17748         X(X&&) noexcept;                 // move
17749         X& operator=(X&&) noexcept;
17750         ~X();
17751         // ... no more constructors ...
17752     };
17754     X x {1};    // fine
17755     X y = x;      // fine
17756     std::vector<X> v(10); // error: no default constructor
17758 ##### Note
17760 Semiregular requires default constructible.
17762 ##### Enforcement
17764 * Flag types that are not at least `SemiRegular`.
17766 ### <a name="Rt-visible"></a>T.47: Avoid highly visible unconstrained templates with common names
17768 ##### Reason
17770  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.
17771  This is particularly annoying/dangerous when ADL is used.
17772  Common names make this problem more likely.
17774 ##### Example
17776     namespace Bad {
17777         struct S { int m; };
17778         template<typename T1, typename T2>
17779         bool operator==(T1, T2) { cout << "Bad\n"; return true; }
17780     }
17782     namespace T0 {
17783         bool operator==(int, Bad::S) { cout << "T0\n"; return true; }  // compare to int
17785         void test()
17786         {
17787             Bad::S bad{ 1 };
17788             vector<int> v(10);
17789             bool b = 1 == bad;
17790             bool b2 = v.size() == bad;
17791         }
17792     }
17794 This prints `T0` and `Bad`.
17796 Now the `==` in `Bad` was designed to cause trouble, but would you have spotted the problem in real code?
17797 The problem is that `v.size()` returns an `unsigned` integer so that a conversion is needed to call the local `==`;
17798 the `==` in `Bad` requires no conversions.
17799 Realistic types, such as the standard-library iterators can be made to exhibit similar anti-social tendencies.
17801 ##### Note
17803 If an unconstrained template is defined in the same namespace as a type,
17804 that unconstrained template can be found by ADL (as happened in the example).
17805 That is, it is highly visible.
17807 ##### Note
17809 This rule should not be necessary, but the committee cannot agree to exclude unconstrained templated from ADL.
17811 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`.
17814 ##### Enforcement
17816 Flag templates defined in a namespace where concrete types are also defined (maybe not feasible until we have concepts).
17819 ### <a name="Rt-concept-def"></a>T.48: If your compiler does not support concepts, fake them with `enable_if`
17821 ##### Reason
17823 Because that's the best we can do without direct concept support.
17824 `enable_if` can be used to conditionally define functions and to select among a set of functions.
17826 ##### Example
17828     template<typename T>
17829     enable_if_t<is_integral_v<T>>
17830     f(T v)
17831     {
17832         // ...
17833     }
17835     // Equivalent to:
17836     template<Integral T>
17837     void f(T v)
17838     {
17839         // ...
17840     }
17842 ##### Note
17844 Beware of [complementary constraints](#Rt-not).
17845 Faking concept overloading using `enable_if` sometimes forces us to use that error-prone design technique.
17847 ##### Enforcement
17851 ### <a name="Rt-erasure"></a>T.49: Where possible, avoid type-erasure
17853 ##### Reason
17855 Type erasure incurs an extra level of indirection by hiding type information behind a separate compilation boundary.
17857 ##### Example
17859     ???
17861 **Exceptions**: Type erasure is sometimes appropriate, such as for `std::function`.
17863 ##### Enforcement
17868 ##### Note
17871 ## <a name="SS-temp-def"></a>T.def: Template definitions
17873 A template definition (class or function) can contain arbitrary code, so only a comprehensive review of C++ programming techniques would cover this topic.
17874 However, this section focuses on what is specific to template implementation.
17875 In particular, it focuses on a template definition's dependence on its context.
17877 ### <a name="Rt-depend"></a>T.60: Minimize a template's context dependencies
17879 ##### Reason
17881 Eases understanding.
17882 Minimizes errors from unexpected dependencies.
17883 Eases tool creation.
17885 ##### Example
17887     template<typename C>
17888     void sort(C& c)
17889     {
17890         std::sort(begin(c), end(c)); // necessary and useful dependency
17891     }
17893     template<typename Iter>
17894     Iter algo(Iter first, Iter last)
17895     {
17896         for (; first != last; ++first) {
17897             auto x = sqrt(*first); // potentially surprising dependency: which sqrt()?
17898             helper(first, x);      // potentially surprising dependency:
17899                                    // helper is chosen based on first and x
17900             TT var = 7;            // potentially surprising dependency: which TT?
17901         }
17902     }
17904 ##### Note
17906 Templates typically appear in header files so their context dependencies are more vulnerable to `#include` order dependencies than functions in `.cpp` files.
17908 ##### Note
17910 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.
17911 For example, algorithms usually use other algorithms and invoke operations that do not exclusively operate on arguments.
17912 And don't get us started on macros!
17914 **See also**: [T.69](#Rt-customization)
17916 ##### Enforcement
17918 ??? Tricky
17920 ### <a name="Rt-scary"></a>T.61: Do not over-parameterize members (SCARY)
17922 ##### Reason
17924 A member that does not depend on a template parameter cannot be used except for a specific template argument.
17925 This limits use and typically increases code size.
17927 ##### Example, bad
17929     template<typename T, typename A = std::allocator{}>
17930         // requires Regular<T> && Allocator<A>
17931     class List {
17932     public:
17933         struct Link {   // does not depend on A
17934             T elem;
17935             T* pre;
17936             T* suc;
17937         };
17939         using iterator = Link*;
17941         iterator first() const { return head; }
17943         // ...
17944     private:
17945         Link* head;
17946     };
17948     List<int> lst1;
17949     List<int, My_allocator> lst2;
17951 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.
17952 Typically, the solution is to make what would have been a nested class non-local, with its own minimal set of template parameters.
17954     template<typename T>
17955     struct Link {
17956         T elem;
17957         T* pre;
17958         T* suc;
17959     };
17961     template<typename T, typename A = std::allocator{}>
17962         // requires Regular<T> && Allocator<A>
17963     class List2 {
17964     public:
17965         using iterator = Link<T>*;
17967         iterator first() const { return head; }
17969         // ...
17970     private:
17971         Link* head;
17972     };
17974     List<int> lst1;
17975     List<int, My_allocator> lst2;
17977 Some people found the idea that the `Link` no longer was hidden inside the list scary, so we named the technique
17978 [SCARY](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/WG21/docs/papers/2009/n2911.pdf). From that academic paper:
17979 "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)."
17981 ##### Note
17983 This also applies to lambdas that don't depend on all of the template parameters.
17985 ##### Enforcement
17987 * Flag member types that do not depend on every template parameter
17988 * Flag member functions that do not depend on every template parameter
17989 * Flag lambdas or variable templates that do not depend on every template parameter
17991 ### <a name="Rt-nondependent"></a>T.62: Place non-dependent class template members in a non-templated base class
17993 ##### Reason
17995  Allow the base class members to be used without specifying template arguments and without template instantiation.
17997 ##### Example
17999     template<typename T>
18000     class Foo {
18001     public:
18002         enum { v1, v2 };
18003         // ...
18004     };
18008     struct Foo_base {
18009         enum { v1, v2 };
18010         // ...
18011     };
18013     template<typename T>
18014     class Foo : public Foo_base {
18015     public:
18016         // ...
18017     };
18019 ##### Note
18021 A more general version of this rule would be
18022 "If a class template member depends on only N template parameters out of M, place it in a base class with only N parameters."
18023 For N == 1, we have a choice of a base class of a class in the surrounding scope as in [T.61](#Rt-scary).
18025 ??? What about constants? class statics?
18027 ##### Enforcement
18029 * Flag ???
18031 ### <a name="Rt-specialization"></a>T.64: Use specialization to provide alternative implementations of class templates
18033 ##### Reason
18035 A template defines a general interface.
18036 Specialization offers a powerful mechanism for providing alternative implementations of that interface.
18038 ##### Example
18040     ??? string specialization (==)
18042     ??? representation specialization ?
18044 ##### Note
18048 ##### Enforcement
18052 ### <a name="Rt-tag-dispatch"></a>T.65: Use tag dispatch to provide alternative implementations of a function
18054 ##### Reason
18056 * A template defines a general interface.
18057 * Tag dispatch allows us to select implementations based on specific properties of an argument type.
18058 * Performance.
18060 ##### Example
18062 This is a simplified version of `std::copy` (ignoring the possibility of non-contiguous sequences)
18064     struct pod_tag {};
18065     struct non_pod_tag {};
18067     template<class T> struct copy_trait { using tag = non_pod_tag; };   // T is not "plain old data"
18069     template<> struct copy_trait<int> { using tag = pod_tag; };         // int is "plain old data"
18071     template<class Iter>
18072     Out copy_helper(Iter first, Iter last, Iter out, pod_tag)
18073     {
18074         // use memmove
18075     }
18077     template<class Iter>
18078     Out copy_helper(Iter first, Iter last, Iter out, non_pod_tag)
18079     {
18080         // use loop calling copy constructors
18081     }
18083     template<class Iter>
18084     Out copy(Iter first, Iter last, Iter out)
18085     {
18086         return copy_helper(first, last, out, typename copy_trait<Iter>::tag{})
18087     }
18089     void use(vector<int>& vi, vector<int>& vi2, vector<string>& vs, vector<string>& vs2)
18090     {
18091         copy(vi.begin(), vi.end(), vi2.begin()); // uses memmove
18092         copy(vs.begin(), vs.end(), vs2.begin()); // uses a loop calling copy constructors
18093     }
18095 This is a general and powerful technique for compile-time algorithm selection.
18097 ##### Note
18099 When `concept`s become widely available such alternatives can be distinguished directly:
18101     template<class Iter>
18102         requires Pod<Value_type<iter>>
18103     Out copy_helper(In, first, In last, Out out)
18104     {
18105         // use memmove
18106     }
18108     template<class Iter>
18109     Out copy_helper(In, first, In last, Out out)
18110     {
18111         // use loop calling copy constructors
18112     }
18114 ##### Enforcement
18119 ### <a name="Rt-specialization2"></a>T.67: Use specialization to provide alternative implementations for irregular types
18121 ##### Reason
18123  ???
18125 ##### Example
18127     ???
18129 ##### Enforcement
18133 ### <a name="Rt-cast"></a>T.68: Use `{}` rather than `()` within templates to avoid ambiguities
18135 ##### Reason
18137 `()` is vulnerable to grammar ambiguities.
18139 ##### Example
18141     template<typename T, typename U>
18142     void f(T t, U u)
18143     {
18144         T v1(T(u));    // mistake: oops, v1 is a function not a variable
18145         T v2{u};       // clear:   obviously a variable
18146         auto x = T(u); // unclear: construction or cast?
18147     }
18149     f(1, "asdf"); // bad: cast from const char* to int
18151 ##### Enforcement
18153 * flag `()` initializers
18154 * flag function-style casts
18157 ### <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
18159 ##### Reason
18161 * Provide only intended flexibility.
18162 * Avoid vulnerability to accidental environmental changes.
18164 ##### Example
18166 There are three major ways to let calling code customize a template.
18168     template<class T>
18169         // Call a member function
18170     void test1(T t)
18171     {
18172         t.f();    // require T to provide f()
18173     }
18175     template<class T>
18176     void test2(T t)
18177         // Call a non-member function without qualification
18178     {
18179         f(t);  // require f(/*T*/) be available in caller's scope or in T's namespace
18180     }
18182     template<class T>
18183     void test3(T t)
18184         // Invoke a "trait"
18185     {
18186         test_traits<T>::f(t); // require customizing test_traits<>
18187                               // to get non-default functions/types
18188     }
18190 A trait is usually a type alias to compute a type,
18191 a `constexpr` function to compute a value,
18192 or a traditional traits template to be specialized on the user's type.
18194 ##### Note
18196 If you intend to call your own helper function `helper(t)` with a value `t` that depends on a template type parameter,
18197 put it in a `::detail` namespace and qualify the call as `detail::helper(t);`.
18198 An unqualified call becomes a customization point where any function `helper` in the namespace of `t`'s type can be invoked;
18199 this can cause problems like [unintentionally invoking unconstrained function templates](#Rt-visible).
18202 ##### Enforcement
18204 * 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.
18207 ## <a name="SS-temp-hier"></a>T.temp-hier: Template and hierarchy rules:
18209 Templates are the backbone of C++'s support for generic programming and class hierarchies the backbone of its support
18210 for object-oriented programming.
18211 The two language mechanisms can be used effectively in combination, but a few design pitfalls must be avoided.
18213 ### <a name="Rt-hier"></a>T.80: Do not naively templatize a class hierarchy
18215 ##### Reason
18217 Templating a class hierarchy that has many functions, especially many virtual functions, can lead to code bloat.
18219 ##### Example, bad
18221     template<typename T>
18222     struct Container {         // an interface
18223         virtual T* get(int i);
18224         virtual T* first();
18225         virtual T* next();
18226         virtual void sort();
18227     };
18229     template<typename T>
18230     class Vector : public Container<T> {
18231     public:
18232         // ...
18233     };
18235     Vector<int> vi;
18236     Vector<string> vs;
18238 It is probably a bad 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.
18240 Given this, the compiler cannot know if `vector<int>::sort()` is called, so it must generate code for it.
18241 Similar for `vector<string>::sort()`.
18242 Unless those two functions are called that's code bloat.
18243 Imagine what this would do to a class hierarchy with dozens of member functions and dozens of derived classes with many instantiations.
18245 ##### Note
18247 In many cases you can provide a stable interface by not parameterizing a base;
18248 see ["stable base"](#Rt-abi) and [OO and GP](#Rt-generic-oo)
18250 ##### Enforcement
18252 * Flag virtual functions that depend on a template argument. ??? False positives
18254 ### <a name="Rt-array"></a>T.81: Do not mix hierarchies and arrays
18256 ##### Reason
18258 An array of derived classes can implicitly "decay" to a pointer to a base class with potential disastrous results.
18260 ##### Example
18262 Assume that `Apple` and `Pear` are two kinds of `Fruit`s.
18264     void maul(Fruit* p)
18265     {
18266         *p = Pear{};     // put a Pear into *p
18267         p[1] = Pear{};   // put a Pear into p[1]
18268     }
18270     Apple aa [] = { an_apple, another_apple };   // aa contains Apples (obviously!)
18272     maul(aa);
18273     Apple& a0 = &aa[0];   // a Pear?
18274     Apple& a1 = &aa[1];   // a Pear?
18276 Probably, `aa[0]` will be a `Pear` (without the use of a cast!).
18277 If `sizeof(Apple) != sizeof(Pear)` the access to `aa[1]` will not be aligned to the proper start of an object in the array.
18278 We have a type violation and possibly (probably) a memory corruption.
18279 Never write such code.
18281 Note that `maul()` violates the a [`T*` points to an individual object rule](#Rf-ptr).
18283 **Alternative**: Use a proper (templatized) container:
18285     void maul2(Fruit* p)
18286     {
18287         *p = Pear{};   // put a Pear into *p
18288     }
18290     vector<Apple> va = { an_apple, another_apple };   // va contains Apples (obviously!)
18292     maul2(va);       // error: cannot convert a vector<Apple> to a Fruit*
18293     maul2(&va[0]);   // you asked for it
18295     Apple& a0 = &va[0];   // a Pear?
18297 Note that the assignment in `maul2()` violated the [no-slicing rule](#Res-slice).
18299 ##### Enforcement
18301 * Detect this horror!
18303 ### <a name="Rt-linear"></a>T.82: Linearize a hierarchy when virtual functions are undesirable
18305 ##### Reason
18307  ???
18309 ##### Example
18311     ???
18313 ##### Enforcement
18317 ### <a name="Rt-virtual"></a>T.83: Do not declare a member function template virtual
18319 ##### Reason
18321 C++ does not support that.
18322 If it did, vtbls could not be generated until link time.
18323 And in general, implementations must deal with dynamic linking.
18325 ##### Example, don't
18327     class Shape {
18328         // ...
18329         template<class T>
18330         virtual bool intersect(T* p);   // error: template cannot be virtual
18331     };
18333 ##### Note
18335 We need a rule because people keep asking about this
18337 ##### Alternative
18339 Double dispatch, visitors, calculate which function to call
18341 ##### Enforcement
18343 The compiler handles that.
18345 ### <a name="Rt-abi"></a>T.84: Use a non-template core implementation to provide an ABI-stable interface
18347 ##### Reason
18349 Improve stability of code.
18350 Avoid code bloat.
18352 ##### Example
18354 It could be a base class:
18356     struct Link_base {   // stable
18357         Link_base* suc;
18358         Link_base* pre;
18359     };
18361     template<typename T>   // templated wrapper to add type safety
18362     struct Link : Link_base {
18363         T val;
18364     };
18366     struct List_base {
18367         Link_base* first;   // first element (if any)
18368         int sz;             // number of elements
18369         void add_front(Link_base* p);
18370         // ...
18371     };
18373     template<typename T>
18374     class List : List_base {
18375     public:
18376         void put_front(const T& e) { add_front(new Link<T>{e}); }   // implicit cast to Link_base
18377         T& front() { static_cast<Link<T>*>(first).val; }   // explicit cast back to Link<T>
18378         // ...
18379     };
18381     List<int> li;
18382     List<string> ls;
18384 Now there is only one copy of the operations linking and unlinking elements of a `List`.
18385 The `Link` and `List` classes do nothing but type manipulation.
18387 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.
18389 **Alternative**: Use a [Pimpl](#Ri-pimpl) implementation.
18391 ##### Enforcement
18395 ## <a name="SS-variadic"></a>T.var: Variadic template rules
18399 ### <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
18401 ##### Reason
18403 Variadic templates is the most general mechanism for that, and is both efficient and type-safe. Don't use C varargs.
18405 ##### Example
18407     ??? printf
18409 ##### Enforcement
18411 * Flag uses of `va_arg` in user code.
18413 ### <a name="Rt-variadic-pass"></a>T.101: ??? How to pass arguments to a variadic template ???
18415 ##### Reason
18417  ???
18419 ##### Example
18421     ??? beware of move-only and reference arguments
18423 ##### Enforcement
18427 ### <a name="Rt-variadic-process"></a>T.102: How to process arguments to a variadic template
18429 ##### Reason
18431  ???
18433 ##### Example
18435     ??? forwarding, type checking, references
18437 ##### Enforcement
18441 ### <a name="Rt-variadic-not"></a>T.103: Don't use variadic templates for homogeneous argument lists
18443 ##### Reason
18445 There are more precise ways of specifying a homogeneous sequence, such as an `initializer_list`.
18447 ##### Example
18449     ???
18451 ##### Enforcement
18455 ## <a name="SS-meta"></a>T.meta: Template metaprogramming (TMP)
18457 Templates provide a general mechanism for compile-time programming.
18459 Metaprogramming is programming where at least one input or one result is a type.
18460 Templates offer Turing-complete (modulo memory capacity) duck typing at compile time.
18461 The syntax and techniques needed are pretty horrendous.
18463 ### <a name="Rt-metameta"></a>T.120: Use template metaprogramming only when you really need to
18465 ##### Reason
18467 Template metaprogramming is hard to get right, slows down compilation, and is often very hard to maintain.
18468 However, there are real-world examples where template metaprogramming provides better performance than any alternative short of expert-level assembly code.
18469 Also, there are real-world examples where template metaprogramming expresses the fundamental ideas better than run-time code.
18470 For example, if you really need AST manipulation at compile time (e.g., for optional matrix operation folding) there might be no other way in C++.
18472 ##### Example, bad
18474     ???
18476 ##### Example, bad
18478     enable_if
18480 Instead, use concepts. But see [How to emulate concepts if you don't have language support](#Rt-emulate).
18482 ##### Example
18484     ??? good
18486 **Alternative**: If the result is a value, rather than a type, use a [`constexpr` function](#Rt-fct).
18488 ##### Note
18490 If you feel the need to hide your template metaprogramming in macros, you have probably gone too far.
18492 ### <a name="Rt-emulate"></a>T.121: Use template metaprogramming primarily to emulate concepts
18494 ##### Reason
18496 Until concepts become generally available, we need to emulate them using TMP.
18497 Use cases that require concepts (e.g. overloading based on concepts) are among the most common (and simple) uses of TMP.
18499 ##### Example
18501     template<typename Iter>
18502         /*requires*/ enable_if<random_access_iterator<Iter>, void>
18503     advance(Iter p, int n) { p += n; }
18505     template<typename Iter>
18506         /*requires*/ enable_if<forward_iterator<Iter>, void>
18507     advance(Iter p, int n) { assert(n >= 0); while (n--) ++p;}
18509 ##### Note
18511 Such code is much simpler using concepts:
18513     void advance(RandomAccessIterator p, int n) { p += n; }
18515     void advance(ForwardIterator p, int n) { assert(n >= 0); while (n--) ++p;}
18517 ##### Enforcement
18521 ### <a name="Rt-tmp"></a>T.122: Use templates (usually template aliases) to compute types at compile time
18523 ##### Reason
18525 Template metaprogramming is the only directly supported and half-way principled way of generating types at compile time.
18527 ##### Note
18529 "Traits" techniques are mostly replaced by template aliases to compute types and `constexpr` functions to compute values.
18531 ##### Example
18533     ??? big object / small object optimization
18535 ##### Enforcement
18539 ### <a name="Rt-fct"></a>T.123: Use `constexpr` functions to compute values at compile time
18541 ##### Reason
18543 A function is the most obvious and conventional way of expressing the computation of a value.
18544 Often a `constexpr` function implies less compile-time overhead than alternatives.
18546 ##### Note
18548 "Traits" techniques are mostly replaced by template aliases to compute types and `constexpr` functions to compute values.
18550 ##### Example
18552     template<typename T>
18553         // requires Number<T>
18554     constexpr T pow(T v, int n)   // power/exponential
18555     {
18556         T res = 1;
18557         while (n--) res *= v;
18558         return res;
18559     }
18561     constexpr auto f7 = pow(pi, 7);
18563 ##### Enforcement
18565 * Flag template metaprograms yielding a value. These should be replaced with `constexpr` functions.
18567 ### <a name="Rt-std-tmp"></a>T.124: Prefer to use standard-library TMP facilities
18569 ##### Reason
18571 Facilities defined in the standard, such as `conditional`, `enable_if`, and `tuple`, are portable and can be assumed to be known.
18573 ##### Example
18575     ???
18577 ##### Enforcement
18581 ### <a name="Rt-lib"></a>T.125: If you need to go beyond the standard-library TMP facilities, use an existing library
18583 ##### Reason
18585 Getting advanced TMP facilities is not easy and using a library makes you part of a (hopefully supportive) community.
18586 Write your own "advanced TMP support" only if you really have to.
18588 ##### Example
18590     ???
18592 ##### Enforcement
18596 ## <a name="SS-temp-other"></a>Other template rules
18598 ### <a name="Rt-name"></a>T.140: Name all operations with potential for reuse
18600 ##### Reason
18602 Documentation, readability, opportunity for reuse.
18604 ##### Example
18606     struct Rec {
18607         string name;
18608         string addr;
18609         int id;         // unique identifier
18610     };
18612     bool same(const Rec& a, const Rec& b)
18613     {
18614         return a.id == b.id;
18615     }
18617     vector<Rec*> find_id(const string& name);    // find all records for "name"
18619     auto x = find_if(vr.begin(), vr.end(),
18620         [&](Rec& r) {
18621             if (r.name.size() != n.size()) return false; // name to compare to is in n
18622             for (int i = 0; i < r.name.size(); ++i)
18623                 if (tolower(r.name[i]) != tolower(n[i])) return false;
18624             return true;
18625         }
18626     );
18628 There is a useful function lurking here (case insensitive string comparison), as there often is when lambda arguments get large.
18630     bool compare_insensitive(const string& a, const string& b)
18631     {
18632         if (a.size() != b.size()) return false;
18633         for (int i = 0; i < a.size(); ++i) if (tolower(a[i]) != tolower(b[i])) return false;
18634         return true;
18635     }
18637     auto x = find_if(vr.begin(), vr.end(),
18638         [&](Rec& r) { compare_insensitive(r.name, n); }
18639     );
18641 Or maybe (if you prefer to avoid the implicit name binding to n):
18643     auto cmp_to_n = [&n](const string& a) { return compare_insensitive(a, n); };
18645     auto x = find_if(vr.begin(), vr.end(),
18646         [](const Rec& r) { return cmp_to_n(r.name); }
18647     );
18649 ##### Note
18651 whether functions, lambdas, or operators.
18653 ##### Exception
18655 * Lambdas logically used only locally, such as an argument to `for_each` and similar control flow algorithms.
18656 * Lambdas as [initializers](#???)
18658 ##### Enforcement
18660 * (hard) flag similar lambdas
18661 * ???
18663 ### <a name="Rt-lambda"></a>T.141: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only
18665 ##### Reason
18667 That makes the code concise and gives better locality than alternatives.
18669 ##### Example
18671     auto earlyUsersEnd = std::remove_if(users.begin(), users.end(),
18672                                         [](const User &a) { return a.id > 100; });
18675 ##### Exception
18677 Naming a lambda can be useful for clarity even if it is used only once.
18679 ##### Enforcement
18681 * Look for identical and near identical lambdas (to be replaced with named functions or named lambdas).
18683 ### <a name="Rt-var"></a>T.142?: Use template variables to simplify notation
18685 ##### Reason
18687 Improved readability.
18689 ##### Example
18691     ???
18693 ##### Enforcement
18697 ### <a name="Rt-non-generic"></a>T.143: Don't write unintentionally non-generic code
18699 ##### Reason
18701 Generality. Reusability. Don't gratuitously commit to details; use the most general facilities available.
18703 ##### Example
18705 Use `!=` instead of `<` to compare iterators; `!=` works for more objects because it doesn't rely on ordering.
18707     for (auto i = first; i < last; ++i) {   // less generic
18708         // ...
18709     }
18711     for (auto i = first; i != last; ++i) {   // good; more generic
18712         // ...
18713     }
18715 Of course, range-`for` is better still where it does what you want.
18717 ##### Example
18719 Use the least-derived class that has the functionality you need.
18721     class Base {
18722     public:
18723         Bar f();
18724         Bar g();
18725     };
18727     class Derived1 : public Base {
18728     public:
18729         Bar h();
18730     };
18732     class Derived2 : public Base {
18733     public:
18734         Bar j();
18735     };
18737     // bad, unless there is a specific reason for limiting to Derived1 objects only
18738     void my_func(Derived1& param)
18739     {
18740         use(param.f());
18741         use(param.g());
18742     }
18744     // good, uses only Base interface so only commit to that
18745     void my_func(Base& param)
18746     {
18747         use(param.f());
18748         use(param.g());
18749     }
18751 ##### Enforcement
18753 * Flag comparison of iterators using `<` instead of `!=`.
18754 * 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.
18755 * Flag functions that take a pointer or reference to a more-derived type but only use functions declared in a base type.
18757 ### <a name="Rt-specialize-function"></a>T.144: Don't specialize function templates
18759 ##### Reason
18761 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.
18763 ##### Example
18765     ???
18767 **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).
18769 ##### Enforcement
18771 * Flag all specializations of a function template. Overload instead.
18774 ### <a name="Rt-check-class"></a>T.150: Check that a class matches a concept using `static_assert`
18776 ##### Reason
18778 If you intend for a class to match a concept, verifying that early saves users pain.
18780 ##### Example
18782     class X {
18783     public:
18784         X() = delete;
18785         X(const X&) = default;
18786         X(X&&) = default;
18787         X& operator=(const X&) = default;
18788         // ...
18789     };
18791 Somewhere, possibly in an implementation file, let the compiler check the desired properties of `X`:
18793     static_assert(Default_constructible<X>);    // error: X has no default constructor
18794     static_assert(Copyable<X>);                 // error: we forgot to define X's move constructor
18797 ##### Enforcement
18799 Not feasible.
18801 # <a name="S-cpl"></a>CPL: C-style programming
18803 C and C++ are closely related languages.
18804 They both originate in "Classic C" from 1978 and have evolved in ISO committees since then.
18805 Many attempts have been made to keep them compatible, but neither is a subset of the other.
18807 C rule summary:
18809 * [CPL.1: Prefer C++ to C](#Rcpl-C)
18810 * [CPL.2: If you must use C, use the common subset of C and C++, and compile the C code as C++](#Rcpl-subset)
18811 * [CPL.3: If you must use C for interfaces, use C++ in the calling code using such interfaces](#Rcpl-interface)
18813 ### <a name="Rcpl-C"></a>CPL.1: Prefer C++ to C
18815 ##### Reason
18817 C++ provides better type checking and more notational support.
18818 It provides better support for high-level programming and often generates faster code.
18820 ##### Example
18822     char ch = 7;
18823     void* pv = &ch;
18824     int* pi = pv;   // not C++
18825     *pi = 999;      // overwrite sizeof(int) bytes near &ch
18827 The rules for implicit casting to and from `void*` in C are subtle and unenforced.
18828 In particular, this example violates a rule against converting to a type with stricter alignment.
18830 ##### Enforcement
18832 Use a C++ compiler.
18834 ### <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++
18836 ##### Reason
18838 That subset can be compiled with both C and C++ compilers, and when compiled as C++ is better type checked than "pure C."
18840 ##### Example
18842     int* p1 = malloc(10 * sizeof(int));                      // not C++
18843     int* p2 = static_cast<int*>(malloc(10 * sizeof(int)));   // not C, C-style C++
18844     int* p3 = new int[10];                                   // not C
18845     int* p4 = (int*) malloc(10 * sizeof(int));               // both C and C++
18847 ##### Enforcement
18849 * Flag if using a build mode that compiles code as C.
18851   * The C++ compiler will enforce that the code is valid C++ unless you use C extension options.
18853 ### <a name="Rcpl-interface"></a>CPL.3: If you must use C for interfaces, use C++ in the calling code using such interfaces
18855 ##### Reason
18857 C++ is more expressive than C and offers better support for many types of programming.
18859 ##### Example
18861 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.
18862 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.
18864 ##### Example
18866 You can call C from C++:
18868     // in C:
18869     double sqrt(double);
18871     // in C++:
18872     extern "C" double sqrt(double);
18874     sqrt(2);
18876 ##### Example
18878 You can call C++ from C:
18880     // in C:
18881     X call_f(struct Y*, int);
18883     // in C++:
18884     extern "C" X call_f(Y* p, int i)
18885     {
18886         return p->f(i);   // possibly a virtual function call
18887     }
18889 ##### Enforcement
18891 None needed
18893 # <a name="S-source"></a>SF: Source files
18895 Distinguish between declarations (used as interfaces) and definitions (used as implementations).
18896 Use header files to represent interfaces and to emphasize logical structure.
18898 Source file rule summary:
18900 * [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)
18901 * [SF.2: A `.h` file must not contain object definitions or non-inline function definitions](#Rs-inline)
18902 * [SF.3: Use `.h` files for all declarations used in multiple source files](#Rs-declaration-header)
18903 * [SF.4: Include `.h` files before other declarations in a file](#Rs-include-order)
18904 * [SF.5: A `.cpp` file must include the `.h` file(s) that defines its interface](#Rs-consistency)
18905 * [SF.6: Use `using namespace` directives for transition, for foundation libraries (such as `std`), or within a local scope (only)](#Rs-using)
18906 * [SF.7: Don't write `using namespace` at global scope in a header file](#Rs-using-directive)
18907 * [SF.8: Use `#include` guards for all `.h` files](#Rs-guards)
18908 * [SF.9: Avoid cyclic dependencies among source files](#Rs-cycles)
18909 * [SF.10: Avoid dependencies on implicitly `#include`d names](#Rs-implicit)
18910 * [SF.11: Header files should be self-contained](#Rs-contained)
18911 * [SF.12: Prefer the quoted form of `#include` for files relative to the including file and the angle bracket form everywhere else](#Rs-incform)
18913 * [SF.20: Use `namespace`s to express logical structure](#Rs-namespace)
18914 * [SF.21: Don't use an unnamed (anonymous) namespace in a header](#Rs-unnamed)
18915 * [SF.22: Use an unnamed (anonymous) namespace for all internal/non-exported entities](#Rs-unnamed2)
18917 ### <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
18919 ##### Reason
18921 It's a longstanding convention.
18922 But consistency is more important, so if your project uses something else, follow that.
18924 ##### Note
18926 This convention reflects a common use pattern:
18927 Headers are more often shared with C to compile as both C++ and C, which typically uses `.h`,
18928 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.
18929 On the other hand, implementation files are rarely shared with C and so should typically be distinguished from `.c` files,
18930 so it's normally best to name all C++ implementation files something else (such as `.cpp`).
18932 The specific names `.h` and `.cpp` are not required (just recommended as a default) and other names are in widespread use.
18933 Examples are `.hh`, `.C`, and `.cxx`. Use such names equivalently.
18934 In this document, we refer to `.h` and `.cpp` as a shorthand for header and implementation files,
18935 even though the actual extension might be different.
18937 Your IDE (if you use one) might have strong opinions about suffixes.
18939 ##### Example
18941     // foo.h:
18942     extern int a;   // a declaration
18943     extern void foo();
18945     // foo.cpp:
18946     int a;   // a definition
18947     void foo() { ++a; }
18949 `foo.h` provides the interface to `foo.cpp`. Global variables are best avoided.
18951 ##### Example, bad
18953     // foo.h:
18954     int a;   // a definition
18955     void foo() { ++a; }
18957 `#include <foo.h>` twice in a program and you get a linker error for two one-definition-rule violations.
18959 ##### Enforcement
18961 * Flag non-conventional file names.
18962 * Check that `.h` and `.cpp` (and equivalents) follow the rules below.
18964 ### <a name="Rs-inline"></a>SF.2: A `.h` file must not contain object definitions or non-inline function definitions
18966 ##### Reason
18968 Including entities subject to the one-definition rule leads to linkage errors.
18970 ##### Example
18972     // file.h:
18973     namespace Foo {
18974         int x = 7;
18975         int xx() { return x+x; }
18976     }
18978     // file1.cpp:
18979     #include <file.h>
18980     // ... more ...
18982      // file2.cpp:
18983     #include <file.h>
18984     // ... more ...
18986 Linking `file1.cpp` and `file2.cpp` will give two linker errors.
18988 **Alternative formulation**: A `.h` file must contain only:
18990 * `#include`s of other `.h` files (possibly with include guards)
18991 * templates
18992 * class definitions
18993 * function declarations
18994 * `extern` declarations
18995 * `inline` function definitions
18996 * `constexpr` definitions
18997 * `const` definitions
18998 * `using` alias definitions
18999 * ???
19001 ##### Enforcement
19003 Check the positive list above.
19005 ### <a name="Rs-declaration-header"></a>SF.3: Use `.h` files for all declarations used in multiple source files
19007 ##### Reason
19009 Maintainability. Readability.
19011 ##### Example, bad
19013     // bar.cpp:
19014     void bar() { cout << "bar\n"; }
19016     // foo.cpp:
19017     extern void bar();
19018     void foo() { bar(); }
19020 A maintainer of `bar` cannot find all declarations of `bar` if its type needs changing.
19021 The user of `bar` cannot know if the interface used is complete and correct. At best, error messages come (late) from the linker.
19023 ##### Enforcement
19025 * Flag declarations of entities in other source files not placed in a `.h`.
19027 ### <a name="Rs-include-order"></a>SF.4: Include `.h` files before other declarations in a file
19029 ##### Reason
19031 Minimize context dependencies and increase readability.
19033 ##### Example
19035     #include <vector>
19036     #include <algorithm>
19037     #include <string>
19039     // ... my code here ...
19041 ##### Example, bad
19043     #include <vector>
19045     // ... my code here ...
19047     #include <algorithm>
19048     #include <string>
19050 ##### Note
19052 This applies to both `.h` and `.cpp` files.
19054 ##### Note
19056 There is an argument for insulating code from declarations and macros in header files by `#including` headers *after* the code we want to protect
19057 (as in the example labeled "bad").
19058 However
19060 * that only works for one file (at one level): Use that technique in a header included with other headers and the vulnerability reappears.
19061 * a namespace (an "implementation namespace") can protect against many context dependencies.
19062 * full protection and flexibility require modules.
19064 **See also**:
19066 * [Working Draft, Extensions to C++ for Modules](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4592.pdf)
19067 * [Modules, Componentization, and Transition](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0141r0.pdf)
19069 ##### Enforcement
19071 Easy.
19073 ### <a name="Rs-consistency"></a>SF.5: A `.cpp` file must include the `.h` file(s) that defines its interface
19075 ##### Reason
19077 This enables the compiler to do an early consistency check.
19079 ##### Example, bad
19081     // foo.h:
19082     void foo(int);
19083     int bar(long);
19084     int foobar(int);
19086     // foo.cpp:
19087     void foo(int) { /* ... */ }
19088     int bar(double) { /* ... */ }
19089     double foobar(int);
19091 The errors will not be caught until link time for a program calling `bar` or `foobar`.
19093 ##### Example
19095     // foo.h:
19096     void foo(int);
19097     int bar(long);
19098     int foobar(int);
19100     // foo.cpp:
19101     #include <foo.h>
19103     void foo(int) { /* ... */ }
19104     int bar(double) { /* ... */ }
19105     double foobar(int);   // error: wrong return type
19107 The return-type error for `foobar` is now caught immediately when `foo.cpp` is compiled.
19108 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.
19110 ##### Enforcement
19114 ### <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)
19116 ##### Reason
19118  `using namespace` can lead to name clashes, so it should be used sparingly.
19119  However, it is not always possible to qualify every name from a namespace in user code (e.g., during transition)
19120  and sometimes a namespace is so fundamental and prevalent in a code base, that consistent qualification would be verbose and distracting.
19122 ##### Example
19124     #include <string>
19125     #include <vector>
19126     #include <iostream>
19127     #include <memory>
19128     #include <algorithm>
19130     using namespace std;
19132     // ...
19134 Here (obviously), the standard library is used pervasively and apparently no other library is used, so requiring `std::` everywhere
19135 could be distracting.
19137 ##### Example
19139 The use of `using namespace std;` leaves the programmer open to a name clash with a name from the standard library
19141     #include <cmath>
19142     using namespace std;
19144     int g(int x)
19145     {
19146         int sqrt = 7;
19147         // ...
19148         return sqrt(x); // error
19149     }
19151 However, this is not particularly likely to lead to a resolution that is not an error and
19152 people who use `using namespace std` are supposed to know about `std` and about this risk.
19154 ##### Note
19156 A `.cpp` file is a form of local scope.
19157 There is little difference in the opportunities for name clashes in an N-line `.cpp` containing a `using namespace X`,
19158 an N-line function containing a `using namespace X`,
19159 and M functions each containing a `using namespace X`with N lines of code in total.
19161 ##### Note
19163 [Don't write `using namespace` at global scope in a header file](#Rs-using-directive).
19165 ##### Enforcement
19167 Flag multiple `using namespace` directives for different namespaces in a single source file.
19169 ### <a name="Rs-using-directive"></a>SF.7: Don't write `using namespace` at global scope in a header file
19171 ##### Reason
19173 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 might have different meaning when included in different orders.
19175 ##### Example
19177     // bad.h
19178     #include <iostream>
19179     using namespace std; // bad
19181     // user.cpp
19182     #include "bad.h"
19184     bool copy(/*... some parameters ...*/);    // some function that happens to be named copy
19186     int main()
19187     {
19188         copy(/*...*/);    // now overloads local ::copy and std::copy, could be ambiguous
19189     }
19191 ##### Note
19193 An exception is `using namespace std::literals;`. This is necessary to use string literals
19194 in header files and given [the rules](http://eel.is/c++draft/over.literal) - users are required
19195 to name their own UDLs `operator""_x` - they will not collide with the standard library.
19197 ##### Enforcement
19199 Flag `using namespace` at global scope in a header file.
19201 ### <a name="Rs-guards"></a>SF.8: Use `#include` guards for all `.h` files
19203 ##### Reason
19205 To avoid files being `#include`d several times.
19207 In order to avoid include guard collisions, do not just name the guard after the filename.
19208 Be sure to also include a key and good differentiator, such as the name of library or component
19209 the header file is part of.
19211 ##### Example
19213     // file foobar.h:
19214     #ifndef LIBRARY_FOOBAR_H
19215     #define LIBRARY_FOOBAR_H
19216     // ... declarations ...
19217     #endif // LIBRARY_FOOBAR_H
19219 ##### Enforcement
19221 Flag `.h` files without `#include` guards.
19223 ##### Note
19225 Some implementations offer vendor extensions like `#pragma once` as alternative to include guards.
19226 It is not standard and it is not portable.  It injects the hosting machine's filesystem semantics
19227 into your program, in addition to locking you down to a vendor.
19228 Our recommendation is to write in ISO C++: See [rule P.2](#Rp-Cplusplus).
19230 ### <a name="Rs-cycles"></a>SF.9: Avoid cyclic dependencies among source files
19232 ##### Reason
19234 Cycles complicate comprehension and slow down compilation. They also
19235 complicate conversion to use language-supported modules (when they become
19236 available).
19238 ##### Note
19240 Eliminate cycles; don't just break them with `#include` guards.
19242 ##### Example, bad
19244     // file1.h:
19245     #include "file2.h"
19247     // file2.h:
19248     #include "file3.h"
19250     // file3.h:
19251     #include "file1.h"
19253 ##### Enforcement
19255 Flag all cycles.
19258 ### <a name="Rs-implicit"></a>SF.10: Avoid dependencies on implicitly `#include`d names
19260 ##### Reason
19262 Avoid surprises.
19263 Avoid having to change `#include`s if an `#include`d header changes.
19264 Avoid accidentally becoming dependent on implementation details and logically separate entities included in a header.
19266 ##### Example, bad
19268     #include <iostream>
19269     using namespace std;
19271     void use()
19272     {
19273         string s;
19274         cin >> s;               // fine
19275         getline(cin, s);        // error: getline() not defined
19276         if (s == "surprise") {  // error == not defined
19277             // ...
19278         }
19279     }
19281 `<iostream>` exposes the definition of `std::string` ("why?" makes for a fun trivia question),
19282 but it is not required to do so by transitively including the entire `<string>` header,
19283 resulting in the popular beginner question "why doesn't `getline(cin,s);` work?"
19284 or even an occasional "`string`s cannot be compared with `==`).
19286 The solution is to explicitly `#include <string>`:
19288 ##### Example, good
19290     #include <iostream>
19291     #include <string>
19292     using namespace std;
19294     void use()
19295     {
19296         string s;
19297         cin >> s;               // fine
19298         getline(cin, s);        // fine
19299         if (s == "surprise") {  // fine
19300             // ...
19301         }
19302     }
19304 ##### Note
19306 Some headers exist exactly to collect a set of consistent declarations from a variety of headers.
19307 For example:
19309     // basic_std_lib.h:
19311     #include <string>
19312     #include <map>
19313     #include <iostream>
19314     #include <random>
19315     #include <vector>
19317 a user can now get that set of declarations with a single `#include`"
19319     #include "basic_std_lib.h"
19321 This rule against implicit inclusion is not meant to prevent such deliberate aggregation.
19323 ##### Enforcement
19325 Enforcement would require some knowledge about what in a header is meant to be "exported" to users and what is there to enable implementation.
19326 No really good solution is possible until we have modules.
19328 ### <a name="Rs-contained"></a>SF.11: Header files should be self-contained
19330 ##### Reason
19332 Usability, headers should be simple to use and work when included on their own.
19333 Headers should encapsulate the functionality they provide.
19334 Avoid clients of a header having to manage that header's dependencies.
19336 ##### Example
19338     #include "helpers.h"
19339     // helpers.h depends on std::string and includes <string>
19341 ##### Note
19343 Failing to follow this results in difficult to diagnose errors for clients of a header.
19345 ##### Note
19347 A header should include all its dependencies. Be careful about using relative paths because C++ implementations diverge on their meaning.
19349 ##### Enforcement
19351 A test should verify that the header file itself compiles or that a cpp file which only includes the header file compiles.
19353 ### <a name="Rs-incform"></a>SF.12: Prefer the quoted form of `#include` for files relative to the including file and the angle bracket form everywhere else
19355 ##### Reason
19357 The [standard](http://eel.is/c++draft/cpp.include) provides flexibility for compilers to implement
19358 the two forms of `#include` selected using the angle (`<>`) or quoted (`""`) syntax. Vendors take
19359 advantage of this and use different search algorithms and methods for specifying the include path.
19361 Nevertheless, the guidance is to use the quoted form for including files that exist at a relative path to the file containing the `#include` statement (from within the same component or project) and to use the angle bracket form everywhere else, where possible. This encourages being clear about the locality of the file relative to files that include it, or scenarios where the different search algorithm is required. It makes it easy to understand at a glance whether a header is being included from a local relative file versus a standard library header or a header from the alternate search path (e.g. a header from another library or a common set of includes).
19363 ##### Example
19365     // foo.cpp:
19366     #include <string>                // From the standard library, requires the <> form
19367     #include <some_library/common.h> // A file that is not locally relative, included from another library; use the <> form
19368     #include "foo.h"                 // A file locally relative to foo.cpp in the same project, use the "" form
19369     #include "foo_utils/utils.h"     // A file locally relative to foo.cpp in the same project, use the "" form
19370     #include <component_b/bar.h>     // A file in the same project located via a search path, use the <> form
19372 ##### Note
19374 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. For example, in a typical case where the `#include ""` search algorithm might search for a file existing at a local relative path first, then using this form to refer to a file that is not locally relative could mean that if a file ever comes into existence at the local relative path (e.g. the including file is moved to a new location), it will now be found ahead of the previous include file and the set of includes will have been changed in an unexpected way.
19376 Library creators should put their headers in a folder and have clients include those files using the relative path `#include <some_library/common.h>`
19378 ##### Enforcement
19380 A test should identify headers referenced via `""` could be referenced with `<>`.
19382 ### <a name="Rs-namespace"></a>SF.20: Use `namespace`s to express logical structure
19384 ##### Reason
19386  ???
19388 ##### Example
19390     ???
19392 ##### Enforcement
19396 ### <a name="Rs-unnamed"></a>SF.21: Don't use an unnamed (anonymous) namespace in a header
19398 ##### Reason
19400 It is almost always a bug to mention an unnamed namespace in a header file.
19402 ##### Example
19404     ???
19406 ##### Enforcement
19408 * Flag any use of an anonymous namespace in a header file.
19410 ### <a name="Rs-unnamed2"></a>SF.22: Use an unnamed (anonymous) namespace for all internal/non-exported entities
19412 ##### Reason
19414 Nothing external can depend on an entity in a nested unnamed namespace.
19415 Consider putting every definition in an implementation source file in an unnamed namespace unless that is defining an "external/exported" entity.
19417 ##### Example
19419 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.
19421     ???
19423 ##### Enforcement
19425 * ???
19427 # <a name="S-stdlib"></a>SL: The Standard Library
19429 Using only the bare language, every task is tedious (in any language).
19430 Using a suitable library any task can be reasonably simple.
19432 The standard library has steadily grown over the years.
19433 Its description in the standard is now larger than that of the language features.
19434 So, it is likely that this library section of the guidelines will eventually grow in size to equal or exceed all the rest.
19436 << ??? We need another level of rule numbering ??? >>
19438 C++ Standard Library component summary:
19440 * [SL.con: Containers](#SS-con)
19441 * [SL.str: String](#SS-string)
19442 * [SL.io: Iostream](#SS-io)
19443 * [SL.regex: Regex](#SS-regex)
19444 * [SL.chrono: Time](#SS-chrono)
19445 * [SL.C: The C Standard Library](#SS-clib)
19447 Standard-library rule summary:
19449 * [SL.1: Use libraries wherever possible](#Rsl-lib)
19450 * [SL.2: Prefer the standard library to other libraries](#Rsl-sl)
19451 * [SL.3: Do not add non-standard entities to namespace `std`](#sl-std)
19452 * [SL.4: Use the standard library in a type-safe manner](#sl-safe)
19453 * ???
19455 ### <a name="Rsl-lib"></a>SL.1:  Use libraries wherever possible
19457 ##### Reason
19459 Save time. Don't re-invent the wheel.
19460 Don't replicate the work of others.
19461 Benefit from other people's work when they make improvements.
19462 Help other people when you make improvements.
19464 ### <a name="Rsl-sl"></a>SL.2: Prefer the standard library to other libraries
19466 ##### Reason
19468 More people know the standard library.
19469 It is more likely to be stable, well-maintained, and widely available than your own code or most other libraries.
19472 ### <a name="sl-std"></a>SL.3: Do not add non-standard entities to namespace `std`
19474 ##### Reason
19476 Adding to `std` might change the meaning of otherwise standards conforming code.
19477 Additions to `std` might clash with future versions of the standard.
19479 ##### Example
19481     ???
19483 ##### Enforcement
19485 Possible, but messy and likely to cause problems with platforms.
19487 ### <a name="sl-safe"></a>SL.4: Use the standard library in a type-safe manner
19489 ##### Reason
19491 Because, obviously, breaking this rule can lead to undefined behavior, memory corruption, and all kinds of other bad errors.
19493 ##### Note
19495 This is a semi-philosophical meta-rule, which needs many supporting concrete rules.
19496 We need it as an umbrella for the more specific rules.
19498 Summary of more specific rules:
19500 * [SL.4: Use the standard library in a type-safe manner](#sl-safe)
19503 ## <a name="SS-con"></a>SL.con: Containers
19507 Container rule summary:
19509 * [SL.con.1: Prefer using STL `array` or `vector` instead of a C array](#Rsl-arrays)
19510 * [SL.con.2: Prefer using STL `vector` by default unless you have a reason to use a different container](#Rsl-vector)
19511 * [SL.con.3: Avoid bounds errors](#Rsl-bounds)
19512 * [SL.con.4: don't use `memset` or `memcpy` for arguments that are not trivially-copyable](#Rsl-copy)
19514 ### <a name="Rsl-arrays"></a>SL.con.1: Prefer using STL `array` or `vector` instead of a C array
19516 ##### Reason
19518 C arrays are less safe, and have no advantages over `array` and `vector`.
19519 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.
19520 Also, like a built-in array, a stack-allocated `std::array` keeps its elements on the stack.
19521 For a variable-length array, use `std::vector`, which additionally can change its size and handles memory allocation.
19523 ##### Example
19525     int v[SIZE];                        // BAD
19527     std::array<int, SIZE> w;             // ok
19529 ##### Example
19531     int* v = new int[initial_size];     // BAD, owning raw pointer
19532     delete[] v;                         // BAD, manual delete
19534     std::vector<int> w(initial_size);   // ok
19536 ##### Note
19538 Use `gsl::span` for non-owning references into a container.
19540 ##### Note
19542 Comparing the performance of a fixed-sized array allocated on the stack against a `vector` with its elements on the free store is bogus.
19543 You could just as well compare a `std::array` on the stack against the result of a `malloc()` accessed through a pointer.
19544 For most code, even the difference between stack allocation and free-store allocation doesn't matter, but the convenience and safety of `vector` does.
19545 People working with code for which that difference matters are quite capable of choosing between `array` and `vector`.
19547 ##### Enforcement
19549 * 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`.
19551 ### <a name="Rsl-vector"></a>SL.con.2: Prefer using STL `vector` by default unless you have a reason to use a different container
19553 ##### Reason
19555 `vector` and `array` are the only standard containers that offer the following advantages:
19557 * the fastest general-purpose access (random access, including being vectorization-friendly);
19558 * the fastest default access pattern (begin-to-end or end-to-begin is prefetcher-friendly);
19559 * the lowest space overhead (contiguous layout has zero per-element overhead, which is cache-friendly).
19561 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`.
19563 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.
19565 ##### Note
19567 `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.
19569 ##### Exceptions
19571 If you have a good reason to use another container, use that instead. For example:
19573 * If `vector` suits your needs but you don't need the container to be variable size, use `array` instead.
19575 * 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.
19577 ##### Note
19579 To initialize a vector with a number of elements, use `()`-initialization.
19580 To initialize a vector with a list of elements, use `{}`-initialization.
19582     vector<int> v1(20);  // v1 has 20 elements with the value 0 (vector<int>{})
19583     vector<int> v2 {20}; // v2 has 1 element with the value 20
19585 [Prefer the {}-initializer syntax](#Res-list).
19587 ##### Enforcement
19589 * 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.
19591 ### <a name="Rsl-bounds"></a>SL.con.3: Avoid bounds errors
19593 ##### Reason
19595 Read or write beyond an allocated range of elements typically leads to bad errors, wrong results, crashes, and security violations.
19597 ##### Note
19599 The standard-library functions that apply to ranges of elements all have (or could have) bounds-safe overloads that take `span`.
19600 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()`.
19602 Ideally, the in-bounds guarantee should be statically enforced.
19603 For example:
19605 * a range-`for` cannot loop beyond the range of the container to which it is applied
19606 * a `v.begin(),v.end()` is easily determined to be bounds safe
19608 Such loops are as fast as any unchecked/unsafe equivalent.
19610 Often a simple pre-check can eliminate the need for checking of individual indices.
19611 For example
19613 * for `v.begin(),v.begin()+i` the `i` can easily be checked against `v.size()`
19615 Such loops can be much faster than individually checked element accesses.
19617 ##### Example, bad
19619     void f()
19620     {
19621         array<int, 10> a, b;
19622         memset(a.data(), 0, 10);         // BAD, and contains a length error (length = 10 * sizeof(int))
19623         memcmp(a.data(), b.data(), 10);  // BAD, and contains a length error (length = 10 * sizeof(int))
19624     }
19626 Also, `std::array<>::fill()` or `std::fill()` or even an empty initializer are better candidate than `memset()`.
19628 ##### Example, good
19630     void f()
19631     {
19632         array<int, 10> a, b, c{};       // c is initialized to zero
19633         a.fill(0);
19634         fill(b.begin(), b.end(), 0);    // std::fill()
19635         fill(b, 0);                     // std::fill() + Ranges TS
19637         if ( a == b ) {
19638           // ...
19639         }
19640     }
19642 ##### Example
19644 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.
19646     void f(std::vector<int>& v, std::array<int, 12> a, int i)
19647     {
19648         v[0] = a[0];        // BAD
19649         v.at(0) = a[0];     // OK (alternative 1)
19650         at(v, 0) = a[0];    // OK (alternative 2)
19652         v.at(0) = a[i];     // BAD
19653         v.at(0) = a.at(i);  // OK (alternative 1)
19654         v.at(0) = at(a, i); // OK (alternative 2)
19655     }
19657 ##### Enforcement
19659 * Issue a diagnostic for any call to a standard-library function that is not bounds-checked.
19660 ??? insert link to a list of banned functions
19662 This rule is part of the [bounds profile](#SS-bounds).
19665 ### <a name="Rsl-copy"></a>SL.con.4: don't use `memset` or `memcpy` for arguments that are not trivially-copyable
19667 ##### Reason
19669 Doing so messes the semantics of the objects (e.g., by overwriting a `vptr`).
19671 ##### Note
19673 Similarly for (w)memset, (w)memcpy, (w)memmove, and (w)memcmp
19675 ##### Example
19677     struct base {
19678         virtual void update() = 0;
19679     };
19681     struct derived : public base {
19682         void update() override {}
19683     };
19686     void f(derived& a, derived& b) // goodbye v-tables
19687     {
19688         memset(&a, 0, sizeof(derived));
19689         memcpy(&a, &b, sizeof(derived));
19690         memcmp(&a, &b, sizeof(derived));
19691     }
19693 Instead, define proper default initialization, copy, and comparison functions
19695     void g(derived& a, derived& b)
19696     {
19697         a = {};    // default initialize
19698         b = a;     // copy
19699         if (a == b) do_something(a, b);
19700     }
19702 ##### Enforcement
19704 * Flag the use of those functions for types that are not trivially copyable
19706 **TODO Notes**:
19708 * Impact on the standard library will require close coordination with WG21, if only to ensure compatibility even if never standardized.
19709 * We are considering specifying bounds-safe overloads for stdlib (especially C stdlib) functions like `memcmp` and shipping them in the GSL.
19710 * 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).
19714 ## <a name="SS-string"></a>SL.str: String
19716 Text manipulation is a huge topic.
19717 `std::string` doesn't cover all of it.
19718 This section primarily tries to clarify `std::string`'s relation to `char*`, `zstring`, `string_view`, and `gsl::span<char>`.
19719 The important issue of non-ASCII character sets and encodings (e.g., `wchar_t`, Unicode, and UTF-8) will be covered elsewhere.
19721 **See also**: [regular expressions](#SS-regex)
19723 Here, we use "sequence of characters" or "string" to refer to a sequence of characters meant to be read as text (somehow, eventually).
19724 We don't consider ???
19726 String summary:
19728 * [SL.str.1: Use `std::string` to own character sequences](#Rstr-string)
19729 * [SL.str.2: Use `std::string_view` or `gsl::span<char>` to refer to character sequences](#Rstr-view)
19730 * [SL.str.3: Use `zstring` or `czstring` to refer to a C-style, zero-terminated, sequence of characters](#Rstr-zstring)
19731 * [SL.str.4: Use `char*` to refer to a single character](#Rstr-char*)
19732 * [SL.str.5: Use `std::byte` to refer to byte values that do not necessarily represent characters](#Rstr-byte)
19734 * [SL.str.10: Use `std::string` when you need to perform locale-sensitive string operations](#Rstr-locale)
19735 * [SL.str.11: Use `gsl::span<char>` rather than `std::string_view` when you need to mutate a string](#Rstr-span)
19736 * [SL.str.12: Use the `s` suffix for string literals meant to be standard-library `string`s](#Rstr-s)
19738 **See also**:
19740 * [F.24 span](#Rf-range)
19741 * [F.25 zstring](#Rf-zstring)
19744 ### <a name="Rstr-string"></a>SL.str.1: Use `std::string` to own character sequences
19746 ##### Reason
19748 `string` correctly handles allocation, ownership, copying, gradual expansion, and offers a variety of useful operations.
19750 ##### Example
19752     vector<string> read_until(const string& terminator)
19753     {
19754         vector<string> res;
19755         for (string s; cin >> s && s != terminator; ) // read a word
19756             res.push_back(s);
19757         return res;
19758     }
19760 Note how `>>` and `!=` are provided for `string` (as examples of useful operations) and there are no explicit
19761 allocations, deallocations, or range checks (`string` takes care of those).
19763 In C++17, we might use `string_view` as the argument, rather than `const string&` to allow more flexibility to callers:
19765     vector<string> read_until(string_view terminator)   // C++17
19766     {
19767         vector<string> res;
19768         for (string s; cin >> s && s != terminator; ) // read a word
19769             res.push_back(s);
19770         return res;
19771     }
19773 ##### Example, bad
19775 Don't use C-style strings for operations that require non-trivial memory management
19777     char* cat(const char* s1, const char* s2)   // beware!
19778         // return s1 + '.' + s2
19779     {
19780         int l1 = strlen(s1);
19781         int l2 = strlen(s2);
19782         char* p = (char*) malloc(l1 + l2 + 2);
19783         strcpy(p, s1, l1);
19784         p[l1] = '.';
19785         strcpy(p + l1 + 1, s2, l2);
19786         p[l1 + l2 + 1] = 0;
19787         return p;
19788     }
19790 Did we get that right?
19791 Will the caller remember to `free()` the returned pointer?
19792 Will this code pass a security review?
19794 ##### Note
19796 Do not assume that `string` is slower than lower-level techniques without measurement and remember that not all code is performance critical.
19797 [Don't optimize prematurely](#Rper-Knuth)
19799 ##### Enforcement
19803 ### <a name="Rstr-view"></a>SL.str.2: Use `std::string_view` or `gsl::span<char>` to refer to character sequences
19805 ##### Reason
19807 `std::string_view` or `gsl::span<char>` provides simple and (potentially) safe access to character sequences independently of how
19808 those sequences are allocated and stored.
19810 ##### Example
19812     vector<string> read_until(string_view terminator);
19814     void user(zstring p, const string& s, string_view ss)
19815     {
19816         auto v1 = read_until(p);
19817         auto v2 = read_until(s);
19818         auto v3 = read_until(ss);
19819         // ...
19820     }
19822 ##### Note
19824 `std::string_view` (C++17) is read-only.
19826 ##### Enforcement
19830 ### <a name="Rstr-zstring"></a>SL.str.3: Use `zstring` or `czstring` to refer to a C-style, zero-terminated, sequence of characters
19832 ##### Reason
19834 Readability.
19835 Statement of intent.
19836 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.
19837 Distinguishing these alternatives prevents misunderstandings and bugs.
19839 ##### Example
19841     void f1(const char* s); // s is probably a string
19843 All we know is that it is supposed to be the nullptr or point to at least one character
19845     void f1(zstring s);     // s is a C-style string or the nullptr
19846     void f1(czstring s);    // s is a C-style string constant or the nullptr
19847     void f1(std::byte* s);  // s is a pointer to a byte (C++17)
19849 ##### Note
19851 Don't convert a C-style string to `string` unless there is a reason to.
19853 ##### Note
19855 Like any other "plain pointer", a `zstring` should not represent ownership.
19857 ##### Note
19859 There are billions of lines of C++ "out there", most use `char*` and `const char*` without documenting intent.
19860 They are used in a wide variety of ways, including to represent ownership and as generic pointers to memory (instead of `void*`).
19861 It is hard to separate these uses, so this guideline is hard to follow.
19862 This is one of the major sources of bugs in C and C++ programs, so it is worthwhile to follow this guideline wherever feasible..
19864 ##### Enforcement
19866 * Flag uses of `[]` on a `char*`
19867 * Flag uses of `delete` on a `char*`
19868 * Flag uses of `free()` on a `char*`
19870 ### <a name="Rstr-char*"></a>SL.str.4: Use `char*` to refer to a single character
19872 ##### Reason
19874 The variety of uses of `char*` in current code is a major source of errors.
19876 ##### Example, bad
19878     char arr[] = {'a', 'b', 'c'};
19880     void print(const char* p)
19881     {
19882         cout << p << '\n';
19883     }
19885     void use()
19886     {
19887         print(arr);   // run-time error; potentially very bad
19888     }
19890 The array `arr` is not a C-style string because it is not zero-terminated.
19892 ##### Alternative
19894 See [`zstring`](#Rstr-zstring), [`string`](#Rstr-string), and [`string_view`](#Rstr-view).
19896 ##### Enforcement
19898 * Flag uses of `[]` on a `char*`
19900 ### <a name="Rstr-byte"></a>SL.str.5: Use `std::byte` to refer to byte values that do not necessarily represent characters
19902 ##### Reason
19904 Use of `char*` to represent a pointer to something that is not necessarily a character causes confusion
19905 and disables valuable optimizations.
19907 ##### Example
19909     ???
19911 ##### Note
19913 C++17
19915 ##### Enforcement
19920 ### <a name="Rstr-locale"></a>SL.str.10: Use `std::string` when you need to perform locale-sensitive string operations
19922 ##### Reason
19924 `std::string` supports standard-library [`locale` facilities](#Rstr-locale)
19926 ##### Example
19928     ???
19930 ##### Note
19934 ##### Enforcement
19938 ### <a name="Rstr-span"></a>SL.str.11: Use `gsl::span<char>` rather than `std::string_view` when you need to mutate a string
19940 ##### Reason
19942 `std::string_view` is read-only.
19944 ##### Example
19948 ##### Note
19952 ##### Enforcement
19954 The compiler will flag attempts to write to a `string_view`.
19956 ### <a name="Rstr-s"></a>SL.str.12: Use the `s` suffix for string literals meant to be standard-library `string`s
19958 ##### Reason
19960 Direct expression of an idea minimizes mistakes.
19962 ##### Example
19964     auto pp1 = make_pair("Tokyo", 9.00);         // {C-style string,double} intended?
19965     pair<string, double> pp2 = {"Tokyo", 9.00};  // a bit verbose
19966     auto pp3 = make_pair("Tokyo"s, 9.00);        // {std::string,double}    // C++14
19967     pair pp4 = {"Tokyo"s, 9.00};                 // {std::string,double}    // C++17
19971 ##### Enforcement
19976 ## <a name="SS-io"></a>SL.io: Iostream
19978 `iostream`s is a type safe, extensible, formatted and unformatted I/O library for streaming I/O.
19979 It supports multiple (and user extensible) buffering strategies and multiple locales.
19980 It can be used for conventional I/O, reading and writing to memory (string streams),
19981 and user-defines extensions, such as streaming across networks (asio: not yet standardized).
19983 Iostream rule summary:
19985 * [SL.io.1: Use character-level input only when you have to](#Rio-low)
19986 * [SL.io.2: When reading, always consider ill-formed input](#Rio-validate)
19987 * [SL.io.3: Prefer iostreams for I/O](#Rio-streams)
19988 * [SL.io.10: Unless you use `printf`-family functions call `ios_base::sync_with_stdio(false)`](#Rio-sync)
19989 * [SL.io.50: Avoid `endl`](#Rio-endl)
19990 * [???](#???)
19992 ### <a name="Rio-low"></a>SL.io.1: Use character-level input only when you have to
19994 ##### Reason
19996 Unless you genuinely just deal with individual characters, using character-level input leads to the user code performing potentially error-prone
19997 and potentially inefficient composition of tokens out of characters.
19999 ##### Example
20001     char c;
20002     char buf[128];
20003     int i = 0;
20004     while (cin.get(c) && !isspace(c) && i < 128)
20005         buf[i++] = c;
20006     if (i == 128) {
20007         // ... handle too long string ....
20008     }
20010 Better (much simpler and probably faster):
20012     string s;
20013     s.reserve(128);
20014     cin >> s;
20016 and the `reserve(128)` is probably not worthwhile.
20018 ##### Enforcement
20023 ### <a name="Rio-validate"></a>SL.io.2: When reading, always consider ill-formed input
20025 ##### Reason
20027 Errors are typically best handled as soon as possible.
20028 If input isn't validated, every function must be written to cope with bad data (and that is not practical).
20030 ##### Example
20032     ???
20034 ##### Enforcement
20038 ### <a name="Rio-streams"></a>SL.io.3: Prefer `iostream`s for I/O
20040 ##### Reason
20042 `iostream`s are safe, flexible, and extensible.
20044 ##### Example
20046     // write a complex number:
20047     complex<double> z{ 3, 4 };
20048     cout << z << '\n';
20050 `complex` is a user-defined type and its I/O is defined without modifying the `iostream` library.
20052 ##### Example
20054     // read a file of complex numbers:
20055     for (complex<double> z; cin >> z; )
20056         v.push_back(z);
20058 ##### Exception
20060 ??? performance ???
20062 ##### Discussion: `iostream`s vs. the `printf()` family
20064 It is often (and often correctly) pointed out that the `printf()` family has two advantages compared to `iostream`s:
20065 flexibility of formatting and performance.
20066 This has to be weighed against `iostream`s advantages of extensibility to handle user-defined types, resilient against security violations,
20067 implicit memory management, and `locale` handling.
20069 If you need I/O performance, you can almost always do better than `printf()`.
20071 `gets()`, `scanf()` using `%s`, and `printf()` using `%s` are security hazards (vulnerable to buffer overflow and generally error-prone).
20072 C11 defines some "optional extensions" that do extra checking of their arguments.
20073 If present in your C library, `gets_s()`, `scanf_s()`, and `printf_s()` might be safer alternatives, but they are still not type safe.
20075 ##### Enforcement
20077 Optionally flag `<cstdio>` and `<stdio.h>`.
20079 ### <a name="Rio-sync"></a>SL.io.10: Unless you use `printf`-family functions call `ios_base::sync_with_stdio(false)`
20081 ##### Reason
20083 Synchronizing `iostreams` with `printf-style` I/O can be costly.
20084 `cin` and `cout` are by default synchronized with `printf`.
20086 ##### Example
20088     int main()
20089     {
20090         ios_base::sync_with_stdio(false);
20091         // ... use iostreams ...
20092     }
20094 ##### Enforcement
20098 ### <a name="Rio-endl"></a>SL.io.50: Avoid `endl`
20100 ##### Reason
20102 The `endl` manipulator is mostly equivalent to `'\n'` and `"\n"`;
20103 as most commonly used it simply slows down output by doing redundant `flush()`s.
20104 This slowdown can be significant compared to `printf`-style output.
20106 ##### Example
20108     cout << "Hello, World!" << endl;    // two output operations and a flush
20109     cout << "Hello, World!\n";          // one output operation and no flush
20111 ##### Note
20113 For `cin`/`cout` (and equivalent) interaction, there is no reason to flush; that's done automatically.
20114 For writing to a file, there is rarely a need to `flush`.
20116 ##### Note
20118 Apart from the (occasionally important) issue of performance,
20119 the choice between `'\n'` and `endl` is almost completely aesthetic.
20121 ## <a name="SS-regex"></a>SL.regex: Regex
20123 `<regex>` is the standard C++ regular expression library.
20124 It supports a variety of regular expression pattern conventions.
20126 ## <a name="SS-chrono"></a>SL.chrono: Time
20128 `<chrono>` (defined in namespace `std::chrono`) provides the notions of `time_point` and `duration` together with functions for
20129 outputting time in various units.
20130 It provides clocks for registering `time_points`.
20132 ## <a name="SS-clib"></a>SL.C: The C Standard Library
20136 C Standard Library rule summary:
20138 * [S.C.1: Don't use setjmp/longjmp](#Rclib-jmp)
20139 * [???](#???)
20140 * [???](#???)
20142 ### <a name="Rclib-jmp"></a>SL.C.1: Don't use setjmp/longjmp
20144 ##### Reason
20146 a `longjmp` ignores destructors, thus invalidating all resource-management strategies relying on RAII
20148 ##### Enforcement
20150 Flag all occurrences of `longjmp`and `setjmp`
20154 # <a name="S-A"></a>A: Architectural ideas
20156 This section contains ideas about higher-level architectural ideas and libraries.
20158 Architectural rule summary:
20160 * [A.1: Separate stable code from less stable code](#Ra-stable)
20161 * [A.2: Express potentially reusable parts as a library](#Ra-lib)
20162 * [A.4: There should be no cycles among libraries](#Ra-dag)
20163 * [???](#???)
20164 * [???](#???)
20165 * [???](#???)
20166 * [???](#???)
20167 * [???](#???)
20168 * [???](#???)
20170 ### <a name="Ra-stable"></a>A.1: Separate stable code from less stable code
20172 Isolating less stable code facilitates its unit testing, interface improvement, refactoring, and eventual deprecation.
20174 ### <a name="Ra-lib"></a>A.2: Express potentially reusable parts as a library
20176 ##### Reason
20178 ##### Note
20180 A library is a collection of declarations and definitions maintained, documented, and shipped together.
20181 A library could be a set of headers (a "header-only library") or a set of headers plus a set of object files.
20182 You can statically or dynamically link a library into a program, or you can `#include` a header-only library.
20185 ### <a name="Ra-dag"></a>A.4: There should be no cycles among libraries
20187 ##### Reason
20189 * A cycle complicates the build process.
20190 * Cycles are hard to understand and might introduce indeterminism (unspecified behavior).
20192 ##### Note
20194 A library can contain cyclic references in the definition of its components.
20195 For example:
20197     ???
20199 However, a library should not depend on another that depends on it.
20202 # <a name="S-not"></a>NR: Non-Rules and myths
20204 This section contains rules and guidelines that are popular somewhere, but that we deliberately don't recommend.
20205 We know full well that there have been times and places where these rules made sense, and we have used them ourselves at times.
20206 However, in the context of the styles of programming we recommend and support with the guidelines, these "non-rules" would do harm.
20208 Even today, there can be contexts where the rules make sense.
20209 For example, lack of suitable tool support can make exceptions unsuitable in hard-real-time systems,
20210 but please don't naïvely trust "common wisdom" (e.g., unsupported statements about "efficiency");
20211 such "wisdom" might be based on decades-old information or experienced from languages with very different properties than C++
20212 (e.g., C or Java).
20214 The positive arguments for alternatives to these non-rules are listed in the rules offered as "Alternatives".
20216 Non-rule summary:
20218 * [NR.1: Don't insist that all declarations should be at the top of a function](#Rnr-top)
20219 * [NR.2: Don't insist to have only a single `return`-statement in a function](#Rnr-single-return)
20220 * [NR.3: Don't avoid exceptions](#Rnr-no-exceptions)
20221 * [NR.4: Don't insist on placing each class declaration in its own source file](#Rnr-lots-of-files)
20222 * [NR.5: Don't use two-phase initialization](#Rnr-two-phase-init)
20223 * [NR.6: Don't place all cleanup actions at the end of a function and `goto exit`](#Rnr-goto-exit)
20224 * [NR.7: Don't make all data members `protected`](#Rnr-protected-data)
20225 * ???
20227 ### <a name="Rnr-top"></a>NR.1: Don't insist that all declarations should be at the top of a function
20229 ##### Reason
20231 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.
20232 This leads to longer programs and more errors caused by uninitialized and wrongly initialized variables.
20234 ##### Example, bad
20236     int use(int x)
20237     {
20238         int i;
20239         char c;
20240         double d;
20242         // ... some stuff ...
20244         if (x < i) {
20245             // ...
20246             i = f(x, d);
20247         }
20248         if (i < x) {
20249             // ...
20250             i = g(x, c);
20251         }
20252         return i;
20253     }
20255 The larger the distance between the uninitialized variable and its use, the larger the chance of a bug.
20256 Fortunately, compilers catch many "used before set" errors.
20257 Unfortunately, compilers cannot catch all such errors and unfortunately, the bugs aren't always as simple to spot as in this small example.
20260 ##### Alternative
20262 * [Always initialize an object](#Res-always)
20263 * [ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it](#Res-introduce)
20265 ### <a name="Rnr-single-return"></a>NR.2: Don't insist to have only a single `return`-statement in a function
20267 ##### Reason
20269 The single-return rule can lead to unnecessarily convoluted code and the introduction of extra state variables.
20270 In particular, the single-return rule makes it harder to concentrate error checking at the top of a function.
20272 ##### Example
20274     template<class T>
20275     //  requires Number<T>
20276     string sign(T x)
20277     {
20278         if (x < 0)
20279             return "negative";
20280         else if (x > 0)
20281             return "positive";
20282         return "zero";
20283     }
20285 to use a single return only we would have to do something like
20287     template<class T>
20288     //  requires Number<T>
20289     string sign(T x)        // bad
20290     {
20291         string res;
20292         if (x < 0)
20293             res = "negative";
20294         else if (x > 0)
20295             res = "positive";
20296         else
20297             res = "zero";
20298         return res;
20299     }
20301 This is both longer and likely to be less efficient.
20302 The larger and more complicated the function is, the more painful the workarounds get.
20303 Of course many simple functions will naturally have just one `return` because of their simpler inherent logic.
20305 ##### Example
20307     int index(const char* p)
20308     {
20309         if (!p) return -1;  // error indicator: alternatively "throw nullptr_error{}"
20310         // ... do a lookup to find the index for p
20311         return i;
20312     }
20314 If we applied the rule, we'd get something like
20316     int index2(const char* p)
20317     {
20318         int i;
20319         if (!p)
20320             i = -1;  // error indicator
20321         else {
20322             // ... do a lookup to find the index for p
20323         }
20324         return i;
20325     }
20327 Note that we (deliberately) violated the rule against uninitialized variables because this style commonly leads to that.
20328 Also, this style is a temptation to use the [goto exit](#Rnr-goto-exit) non-rule.
20330 ##### Alternative
20332 * Keep functions short and simple
20333 * Feel free to use multiple `return` statements (and to throw exceptions).
20335 ### <a name="Rnr-no-exceptions"></a>NR.3: Don't avoid exceptions
20337 ##### Reason
20339 There seem to be four main reasons given for not using exceptions:
20341 * exceptions are inefficient
20342 * exceptions lead to leaks and errors
20343 * exception performance is not predictable
20344 * the exception-handling run-time support takes up too much space
20346 There is no way we can settle this issue to the satisfaction of everybody.
20347 After all, the discussions about exceptions have been going on for 40+ years.
20348 Some languages cannot be used without exceptions, but others do not support them.
20349 This leads to strong traditions for the use and non-use of exceptions, and to heated debates.
20351 However, we can briefly outline why we consider exceptions the best alternative for general-purpose programming
20352 and in the context of these guidelines.
20353 Simple arguments for and against are often inconclusive.
20354 There are specialized applications where exceptions indeed can be inappropriate
20355 (e.g., hard-real-time systems without support for reliable estimates of the cost of handling an exception).
20357 Consider the major objections to exceptions in turn
20359 * Exceptions are inefficient:
20360 Compared to what?
20361 When comparing make sure that the same set of errors are handled and that they are handled equivalently.
20362 In particular, do not compare a program that immediately terminate on seeing an error with a program
20363 that carefully cleans up resources before logging an error.
20364 Yes, some systems have poor exception handling implementations; sometimes, such implementations force us to use
20365 other error-handling approaches, but that's not a fundamental problem with exceptions.
20366 When using an efficiency argument - in any context - be careful that you have good data that actually provides
20367 insight into the problem under discussion.
20368 * Exceptions lead to leaks and errors.
20369 They do not.
20370 If your program is a rat's nest of pointers without an overall strategy for resource management,
20371 you have a problem whatever you do.
20372 If your system consists of a million lines of such code,
20373 you probably will not be able to use exceptions,
20374 but that's a problem with excessive and undisciplined pointer use, rather than with exceptions.
20375 In our opinion, you need RAII to make exception-based error handling simple and safe -- simpler and safer than alternatives.
20376 * Exception performance is not predictable.
20377 If you are in a hard-real-time system where you must guarantee completion of a task in a given time,
20378 you need tools to back up such guarantees.
20379 As far as we know such tools are not available (at least not to most programmers).
20380 * the exception-handling run-time support takes up too much space
20381 This can be the case in small (usually embedded systems).
20382 However, before abandoning exceptions consider what space consistent error-handling using error-codes would require
20383 and what failure to catch an error would cost.
20385 Many, possibly most, problems with exceptions stem from historical needs to interact with messy old code.
20387 The fundamental arguments for the use of exceptions are
20389 * They clearly differentiate between erroneous return and ordinary return
20390 * They cannot be forgotten or ignored
20391 * They can be used systematically
20393 Remember
20395 * Exceptions are for reporting errors (in C++; other languages can have different uses for exceptions).
20396 * Exceptions are not for errors that can be handled locally.
20397 * Don't try to catch every exception in every function (that's tedious, clumsy, and leads to slow code).
20398 * Exceptions are not for errors that require instant termination of a module/system after a non-recoverable error.
20400 ##### Example
20402     ???
20404 ##### Alternative
20406 * [RAII](#Re-raii)
20407 * Contracts/assertions: Use GSL's `Expects` and `Ensures` (until we get language support for contracts)
20409 ### <a name="Rnr-lots-of-files"></a>NR.4: Don't insist on placing each class declaration in its own source file
20411 ##### Reason
20413 The resulting number of files from placing each class in its own file are hard to manage and can slow down compilation.
20414 Individual classes are rarely a good logical unit of maintenance and distribution.
20416 ##### Example
20418     ???
20420 ##### Alternative
20422 * Use namespaces containing logically cohesive sets of classes and functions.
20424 ### <a name="Rnr-two-phase-init"></a>NR.5: Don't use two-phase initialization
20426 ##### Reason
20428 Splitting initialization into two leads to weaker invariants,
20429 more complicated code (having to deal with semi-constructed objects),
20430 and errors (when we didn't deal correctly with semi-constructed objects consistently).
20432 ##### Example, bad
20434     // Old conventional style: many problems
20436     class Picture
20437     {
20438         int mx;
20439         int my;
20440         char * data;
20441     public:
20442         // main problem: constructor does not fully construct
20443         Picture(int x, int y)
20444         {
20445             mx = x;         // also bad: assignment in constructor body
20446                             // rather than in member initializer
20447             my = y;
20448             data = nullptr; // also bad: constant initialization in constructor
20449                             // rather than in member initializer
20450         }
20452         ~Picture()
20453         {
20454             Cleanup();
20455         }
20457         // ...
20459         // bad: two-phase initialization
20460         bool Init()
20461         {
20462             // invariant checks
20463             if (mx <= 0 || my <= 0) {
20464                 return false;
20465             }
20466             if (data) {
20467                 return false;
20468             }
20469             data = (char*) malloc(mx*my*sizeof(int));   // also bad: owning raw * and malloc
20470             return data != nullptr;
20471         }
20473         // also bad: no reason to make cleanup a separate function
20474         void Cleanup()
20475         {
20476             if (data) free(data);
20477             data = nullptr;
20478         }
20479     };
20481     Picture picture(100, 0); // not ready-to-use picture here
20482     // this will fail..
20483     if (!picture.Init()) {
20484         puts("Error, invalid picture");
20485     }
20486     // now have a invalid picture object instance.
20488 ##### Example, good
20490     class Picture
20491     {
20492         int mx;
20493         int my;
20494         vector<char> data;
20496         static int check_size(int size)
20497         {
20498             // invariant check
20499             Expects(size > 0);
20500             return size;
20501         }
20503     public:
20504         // even better would be a class for a 2D Size as one single parameter
20505         Picture(int x, int y)
20506             : mx(check_size(x))
20507             , my(check_size(y))
20508             // now we know x and y have a valid size
20509             , data(mx * my * sizeof(int)) // will throw std::bad_alloc on error
20510         {
20511             // picture is ready-to-use
20512         }
20514         // compiler generated dtor does the job. (also see C.21)
20516         // ...
20517     };
20519     Picture picture1(100, 100);
20520     // picture is ready-to-use here...
20522     // not a valid size for y,
20523     // default contract violation behavior will call std::terminate then
20524     Picture picture2(100, 0);
20525     // not reach here...
20527 ##### Alternative
20529 * Always establish a class invariant in a constructor.
20530 * Don't define an object before it is needed.
20532 ### <a name="Rnr-goto-exit"></a>NR.6: Don't place all cleanup actions at the end of a function and `goto exit`
20534 ##### Reason
20536 `goto` is error-prone.
20537 This technique is a pre-exception technique for RAII-like resource and error handling.
20539 ##### Example, bad
20541     void do_something(int n)
20542     {
20543         if (n < 100) goto exit;
20544         // ...
20545         int* p = (int*) malloc(n);
20546         // ...
20547         if (some_error) goto_exit;
20548         // ...
20549     exit:
20550         free(p);
20551     }
20553 and spot the bug.
20555 ##### Alternative
20557 * Use exceptions and [RAII](#Re-raii)
20558 * for non-RAII resources, use [`finally`](#Re-finally).
20560 ### <a name="Rnr-protected-data"></a>NR.7: Don't make all data members `protected`
20562 ##### Reason
20564 `protected` data is a source of errors.
20565 `protected` data can be manipulated from an unbounded amount of code in various places.
20566 `protected` data is the class hierarchy equivalent to global data.
20568 ##### Example
20570     ???
20572 ##### Alternative
20574 * [Make member data `public` or (preferably) `private`](#Rh-protected)
20577 # <a name="S-references"></a>RF: References
20579 Many coding standards, rules, and guidelines have been written for C++, and especially for specialized uses of C++.
20580 Many
20582 * focus on lower-level issues, such as the spelling of identifiers
20583 * are written by C++ novices
20584 * see "stopping programmers from doing unusual things" as their primary aim
20585 * aim at portability across many compilers (some 10 years old)
20586 * are written to preserve decades old code bases
20587 * aim at a single application domain
20588 * are downright counterproductive
20589 * are ignored (must be ignored by programmers to get their work done well)
20591 A bad coding standard is worse than no coding standard.
20592 However an appropriate set of guidelines are much better than no standards: "Form is liberating."
20594 Why can't we just have a language that allows all we want and disallows all we don't want ("a perfect language")?
20595 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.
20596 Also, your needs change over time and a general-purpose language is needed to allow you to adapt.
20597 A language that is ideal for today would be overly restrictive tomorrow.
20599 Coding guidelines adapt the use of a language to specific needs.
20600 Thus, there cannot be a single coding style for everybody.
20601 We expect different organizations to provide additions, typically with more restrictions and firmer style rules.
20603 Reference sections:
20605 * [RF.rules: Coding rules](#SS-rules)
20606 * [RF.books: Books with coding guidelines](#SS-books)
20607 * [RF.C++: C++ Programming (C++11/C++14/C++17)](#SS-Cplusplus)
20608 * [RF.web: Websites](#SS-web)
20609 * [RS.video: Videos about "modern C++"](#SS-vid)
20610 * [RF.man: Manuals](#SS-man)
20611 * [RF.core: Core Guidelines materials](#SS-core)
20613 ## <a name="SS-rules"></a>RF.rules: Coding rules
20615 * [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)
20616 * [Boost Library Requirements and Guidelines](http://www.boost.org/development/requirements.html).
20617   ???.
20618 * [Bloomberg: BDE C++ Coding](https://github.com/bloomberg/bde/wiki/CodingStandards.pdf).
20619   Has a strong emphasis on code organization and layout.
20620 * Facebook: ???
20621 * [GCC Coding Conventions](https://gcc.gnu.org/codingconventions.html).
20622   C++03 and (reasonably) a bit backwards looking.
20623 * [Google C++ Style Guide](https://google.github.io/styleguide/cppguide.html).
20624   Geared toward C++17 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.
20625 * [JSF++: JOINT STRIKE FIGHTER AIR VEHICLE C++ CODING STANDARDS](http://www.stroustrup.com/JSF-AV-rules.pdf).
20626   Document Number 2RDU00001 Rev C. December 2005.
20627   For flight control software.
20628   For hard-real-time.
20629   This means that it is necessarily very restrictive ("if the program fails somebody dies").
20630   For example, no free store allocation or deallocation is allowed to occur after the plane takes off (no memory overflow and no fragmentation allowed).
20631   No exception is allowed to be used (because there was no available tool for guaranteeing that an exception would be handled within a fixed short time).
20632   Libraries used have to have been approved for mission critical applications.
20633   Any similarities to this set of guidelines are unsurprising because Bjarne Stroustrup was an author of JSF++.
20634   Recommended, but note its very specific focus.
20635 * [MISRA C++ 2008: Guidelines for the use of the C++ language in critical systems](https://www.misra.org.uk/Buyonline/tabid/58/Default.aspx).
20636 * [Using C++ in Mozilla Code](https://firefox-source-docs.mozilla.org/code-quality/coding-style/using_cxx_in_firefox_code.html).
20637   As the name indicates, this aims for portability across many (old) compilers.
20638   As such, it is restrictive.
20639 * [Geosoft.no: C++ Programming Style Guidelines](http://geosoft.no/development/cppstyle.html).
20640   ???.
20641 * [Possibility.com: C++ Coding Standard](http://www.possibility.com/Cpp/CppCodingStandard.html).
20642   ???.
20643 * [SEI CERT: Secure C++ Coding Standard](https://www.securecoding.cert.org/confluence/pages/viewpage.action?pageId=637).
20644   A very nicely done set of rules (with examples and rationales) done for security-sensitive code.
20645   Many of their rules apply generally.
20646 * [High Integrity C++ Coding Standard](http://www.codingstandard.com/).
20647 * [llvm](http://llvm.org/docs/CodingStandards.html).
20648   Somewhat brief, based on C++14, and (not unreasonably) adjusted to its domain.
20649 * ???
20651 ## <a name="SS-books"></a>RF.books: Books with coding guidelines
20653 * [Meyers96](#Meyers96) Scott Meyers: *More Effective C++*. Addison-Wesley 1996.
20654 * [Meyers97](#Meyers97) Scott Meyers: *Effective C++, Second Edition*. Addison-Wesley 1997.
20655 * [Meyers01](#Meyers01) Scott Meyers: *Effective STL*. Addison-Wesley 2001.
20656 * [Meyers05](#Meyers05) Scott Meyers: *Effective C++, Third Edition*. Addison-Wesley 2005.
20657 * [Meyers15](#Meyers15) Scott Meyers: *Effective Modern C++*. O'Reilly 2015.
20658 * [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.
20659 * [Stroustrup05](#Stroustrup05) Bjarne Stroustrup: [A rationale for semantically enhanced library languages](http://www.stroustrup.com/SELLrationale.pdf).
20660   LCSD05. October 2005.
20661 * [Stroustrup14](#Stroustrup05) Stroustrup: [A Tour of C++](http://www.stroustrup.com/Tour.html).
20662   Addison Wesley 2014.
20663   Each chapter ends with an advice section consisting of a set of recommendations.
20664 * [Stroustrup13](#Stroustrup13) Stroustrup: [The C++ Programming Language (4th Edition)](http://www.stroustrup.com/4th.html).
20665   Addison Wesley 2013.
20666   Each chapter ends with an advice section consisting of a set of recommendations.
20667 * Stroustrup: [Style Guide](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf)
20668   for [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html).
20669   Mostly low-level naming and layout rules.
20670   Primarily a teaching tool.
20672 ## <a name="SS-Cplusplus"></a>RF.C++: C++ Programming (C++11/C++14)
20674 * [TC++PL4](http://www.stroustrup.com/4th.html):
20675 A thorough description of the C++ language and standard libraries for experienced programmers.
20676 * [Tour++](http://www.stroustrup.com/Tour.html):
20677 An overview of the C++ language and standard libraries for experienced programmers.
20678 * [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html):
20679 A textbook for beginners and relative novices.
20681 ## <a name="SS-web"></a>RF.web: Websites
20683 * [isocpp.org](https://isocpp.org)
20684 * [Bjarne Stroustrup's home pages](http://www.stroustrup.com)
20685 * [WG21](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/)
20686 * [Boost](http://www.boost.org)<a name="Boost"></a>
20687 * [Adobe open source](http://www.adobe.com/open-source.html)
20688 * [Poco libraries](http://pocoproject.org/)
20689 * Sutter's Mill?
20690 * ???
20692 ## <a name="SS-vid"></a>RS.video: Videos about "modern C++"
20694 * Bjarne Stroustrup: [C++11 Style](http://channel9.msdn.com/Events/GoingNative/GoingNative-2012/Keynote-Bjarne-Stroustrup-Cpp11-Style). 2012.
20695 * 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
20696 * All the talks from [CppCon '14](https://isocpp.org/blog/2014/11/cppcon-videos-c9)
20697 * Bjarne Stroustrup: [The essence of C++](https://www.youtube.com/watch?v=86xWVb4XIyE) at the University of Edinburgh. 2014.
20698 * Bjarne Stroustrup: [The Evolution of C++ Past, Present and Future](https://www.youtube.com/watch?v=_wzc7a3McOs). CppCon 2016 keynote.
20699 * Bjarne Stroustrup: [Make Simple Tasks Simple!](https://www.youtube.com/watch?v=nesCaocNjtQ). CppCon 2014 keynote.
20700 * Bjarne Stroustrup: [Writing Good C++14](https://www.youtube.com/watch?v=1OEu9C51K2A). CppCon 2015 keynote about the Core Guidelines.
20701 * Herb Sutter: [Writing Good C++14... By Default](https://www.youtube.com/watch?v=hEx5DNLWGgA). CppCon 2015 keynote about the Core Guidelines.
20702 * CppCon 15
20703 * ??? C++ Next
20704 * ??? Meting C++
20705 * ??? more ???
20707 ## <a name="SS-man"></a>RF.man: Manuals
20709 * ISO C++ Standard C++11.
20710 * ISO C++ Standard C++14.
20711 * [ISO C++ Standard C++17](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4606.pdf). Committee Draft.
20712 * [Palo Alto "Concepts" TR](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2012/n3351.pdf).
20713 * [ISO C++ Concepts TS](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
20714 * [WG21 Ranges report](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4569.pdf). Draft.
20717 ## <a name="SS-core"></a>RF.core: Core Guidelines materials
20719 This section contains materials that has been useful for presenting the core guidelines and the ideas behind them:
20721 * [Our documents directory](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/tree/master/docs)
20722 * 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.
20723 * Sergey Zubkov: [a Core Guidelines talk](https://www.youtube.com/watch?v=DyLwdl_6vmU)
20724 and here are the [slides](http://2017.cppconf.ru/talks/sergey-zubkov). In Russian. 2017.
20725 * Neil MacIntosh: [The Guideline Support Library: One Year Later](https://www.youtube.com/watch?v=_GhNnCuaEjo). CppCon 2016.
20726 * Bjarne Stroustrup: [Writing Good C++14](https://www.youtube.com/watch?v=1OEu9C51K2A). CppCon 2015 keynote.
20727 * Herb Sutter: [Writing Good C++14... By Default](https://www.youtube.com/watch?v=hEx5DNLWGgA). CppCon 2015 keynote.
20728 * Peter Sommerlad: [C++ Core Guidelines - Modernize your C++ Code Base](https://www.youtube.com/watch?v=fQ926v4ZzAM). ACCU 2017.
20729 * Bjarne Stroustrup: [No Littering!](https://www.youtube.com/watch?v=01zI9kV4h8c). Bay Area ACCU 2016.
20730 It gives some idea of the ambition level for the Core Guidelines.
20732 Note that slides for CppCon presentations are available (links with the posted videos).
20734 Contributions to this list would be most welcome.
20736 ## <a name="SS-ack"></a>Acknowledgements
20738 Thanks to the many people who contributed rules, suggestions, supporting information, references, etc.:
20740 * Peter Juhl
20741 * Neil MacIntosh
20742 * Axel Naumann
20743 * Andrew Pardoe
20744 * Gabriel Dos Reis
20745 * Zhuang, Jiangang (Jeff)
20746 * Sergey Zubkov
20748 and see the contributor list on the github.
20750 # <a name="S-profile"></a>Pro: Profiles
20752 Ideally, we would follow all of the guidelines.
20753 That would give the cleanest, most regular, least error-prone, and often the fastest code.
20754 Unfortunately, that is usually impossible because we have to fit our code into large code bases and use existing libraries.
20755 Often, such code has been written over decades and does not follow these guidelines.
20756 We must aim for [gradual adoption](#S-modernizing).
20758 Whatever strategy for gradual adoption we adopt, we need to be able to apply sets of related guidelines to address some set
20759 of problems first and leave the rest until later.
20760 A similar idea of "related guidelines" becomes important when some, but not all, guidelines are considered relevant to a code base
20761 or if a set of specialized guidelines is to be applied for a specialized application area.
20762 We call such a set of related guidelines a "profile".
20763 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"
20764 or "static type safety."
20765 Each profile is designed to eliminate a class of errors.
20766 Enforcement of "random" rules in isolation is more likely to be disruptive to a code base than delivering a definite improvement.
20768 A "profile" is a set of deterministic and portably enforceable subset rules (i.e., restrictions) that are designed to achieve a specific guarantee.
20769 "Deterministic" means they require only local analysis and could be implemented in a compiler (though they don't need to be).
20770 "Portably enforceable" means they are like language rules, so programmers can count on different enforcement tools giving the same answer for the same code.
20772 Code written to be warning-free using such a language profile is considered to conform to the profile.
20773 Conforming code is considered to be safe by construction with regard to the safety properties targeted by that profile.
20774 Conforming code will not be the root cause of errors for that property,
20775 although such errors might be introduced into a program by other code, libraries or the external environment.
20776 A profile might also introduce additional library types to ease conformance and encourage correct code.
20778 Profiles summary:
20780 * [Pro.type: Type safety](#SS-type)
20781 * [Pro.bounds: Bounds safety](#SS-bounds)
20782 * [Pro.lifetime: Lifetime safety](#SS-lifetime)
20784 In the future, we expect to define many more profiles and add more checks to existing profiles.
20785 Candidates include:
20787 * narrowing arithmetic promotions/conversions (likely part of a separate safe-arithmetic profile)
20788 * arithmetic cast from negative floating point to unsigned integral type (ditto)
20789 * selected undefined behavior: Start with Gabriel Dos Reis's UB list developed for the WG21 study group
20790 * selected unspecified behavior: Addressing portability concerns.
20791 * `const` violations: Mostly done by compilers already, but we can catch inappropriate casting and underuse of `const`.
20793 Enabling a profile is implementation defined; typically, it is set in the analysis tool used.
20795 To suppress enforcement of a profile check, place a `suppress` annotation on a language contract. For example:
20797     [[suppress(bounds)]] char* raw_find(char* p, int n, char x)    // find x in p[0]..p[n - 1]
20798     {
20799         // ...
20800     }
20802 Now `raw_find()` can scramble memory to its heart's content.
20803 Obviously, suppression should be very rare.
20805 ## <a name="SS-type"></a>Pro.safety: Type-safety profile
20807 This profile makes it easier to construct code that uses types correctly and avoids inadvertent type punning.
20808 It does so by focusing on removing the primary sources of type violations, including unsafe uses of casts and unions.
20810 For the purposes of this section,
20811 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.
20812 Memory accessed as a type `T` should not be valid memory that actually contains an object of an unrelated type `U`.
20813 Note that the safety is intended to be complete when combined also with [Bounds safety](#SS-bounds) and [Lifetime safety](#SS-lifetime).
20815 An implementation of this profile shall recognize the following patterns in source code as non-conforming and issue a diagnostic.
20817 Type safety profile summary:
20819 * <a name="Pro-type-avoidcasts"></a>Type.1: [Avoid casts](#Res-casts):
20820 <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).
20821 <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).
20822 <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).
20823 <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).
20824 * <a name="Pro-type-downcast"></a>Type.2: Don't use `static_cast` to downcast:
20825 [Use `dynamic_cast` instead](#Rh-dynamic_cast).
20826 * <a name="Pro-type-constcast"></a>Type.3: Don't use `const_cast` to cast away `const` (i.e., at all):
20827 [Don't cast away const](#Res-casts-const).
20828 * <a name="Pro-type-cstylecast"></a>Type.4: Don't use C-style `(T)expression` or functional `T(expression)` casts:
20829 Prefer [construction](#Res-construct) or [named casts](#Res-casts-named) or `T{expression}`.
20830 * <a name="Pro-type-init"></a>Type.5: Don't use a variable before it has been initialized:
20831 [always initialize](#Res-always).
20832 * <a name="Pro-type-memberinit"></a>Type.6: Always initialize a member variable:
20833 [always initialize](#Res-always),
20834 possibly using [default constructors](#Rc-default0) or
20835 [default member initializers](#Rc-in-class-initializer).
20836 * <a name="Pro-type-unon"></a>Type.7: Avoid naked union:
20837 [Use `variant` instead](#Ru-naked).
20838 * <a name="Pro-type-varargs"></a>Type.8: Avoid varargs:
20839 [Don't use `va_arg` arguments](#F-varargs).
20841 ##### Impact
20843 With the type-safety profile you can trust that every operation is applied to a valid object.
20844 An exception can be thrown to indicate errors that cannot be detected statically (at compile time).
20845 Note that this type-safety can be complete only if we also have [Bounds safety](#SS-bounds) and [Lifetime safety](#SS-lifetime).
20846 Without those guarantees, a region of memory could be accessed independent of which object, objects, or parts of objects are stored in it.
20849 ## <a name="SS-bounds"></a>Pro.bounds: Bounds safety profile
20851 This profile makes it easier to construct code that operates within the bounds of allocated blocks of memory.
20852 It does so by focusing on removing the primary sources of bounds violations: pointer arithmetic and array indexing.
20853 One of the core features of this profile is to restrict pointers to only refer to single objects, not arrays.
20855 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.
20856 Bounds safety is intended to be complete only when combined with [Type safety](#SS-type) and [Lifetime safety](#SS-lifetime),
20857 which cover other unsafe operations that allow bounds violations.
20859 Bounds safety profile summary:
20861 * <a name="Pro-bounds-arithmetic"></a>Bounds.1: Don't use pointer arithmetic. Use `span` instead:
20862 [Pass pointers to single objects (only)](#Ri-array) and [Keep pointer arithmetic simple](#Res-ptr).
20863 * <a name="Pro-bounds-arrayindex"></a>Bounds.2: Only index into arrays using constant expressions:
20864 [Pass pointers to single objects (only)](#Ri-array) and [Keep pointer arithmetic simple](#Res-ptr).
20865 * <a name="Pro-bounds-decay"></a>Bounds.3: No array-to-pointer decay:
20866 [Pass pointers to single objects (only)](#Ri-array) and [Keep pointer arithmetic simple](#Res-ptr).
20867 * <a name="Pro-bounds-stdlib"></a>Bounds.4: Don't use standard-library functions and types that are not bounds-checked:
20868 [Use the standard library in a type-safe manner](#Rsl-bounds).
20870 ##### Impact
20872 Bounds safety implies that access to an object - notably arrays - does not access beyond the object's memory allocation.
20873 This eliminates a large class of insidious and hard-to-find errors, including the (in)famous "buffer overflow" errors.
20874 This closes security loopholes as well as a prominent source of memory corruption (when writing out of bounds).
20875 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)
20876 and "mysterious values."
20879 ## <a name="SS-lifetime"></a>Pro.lifetime: Lifetime safety profile
20881 Accessing through a pointer that doesn't point to anything is a major source of errors,
20882 and very hard to avoid in many traditional C or C++ styles of programming.
20883 For example, a pointer might be uninitialized, the `nullptr`, point beyond the range of an array, or to a deleted object.
20885 [See the current design specification here.](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/docs/Lifetime.pdf)
20887 Lifetime safety profile summary:
20889 * <a name="Pro-lifetime-invalid-deref"></a>Lifetime.1: Don't dereference a possibly invalid pointer:
20890 [detect or avoid](#Res-deref).
20892 ##### Impact
20894 Once completely enforced through a combination of style rules, static analysis, and library support, this profile
20896 * eliminates one of the major sources of nasty errors in C++
20897 * eliminates a major source of potential security violations
20898 * improves performance by eliminating redundant "paranoia" checks
20899 * increases confidence in correctness of code
20900 * avoids undefined behavior by enforcing a key C++ language rule
20903 # <a name="S-gsl"></a>GSL: Guidelines support library
20905 The GSL is a small library of facilities designed to support this set of guidelines.
20906 Without these facilities, the guidelines would have to be far more restrictive on language details.
20908 The Core Guidelines support library is defined in namespace `gsl` and the names might 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.
20910 The GSL is header only, and can be found at [GSL: Guidelines support library](https://github.com/Microsoft/GSL).
20911 The support library facilities are designed to be extremely lightweight (zero-overhead) so that they impose no overhead compared to using conventional alternatives.
20912 Where desirable, they can be "instrumented" with additional functionality (e.g., checks) for tasks such as debugging.
20914 These Guidelines use types from the standard (e.g., C++17) in addition to ones from the GSL.
20915 For example, we assume a `variant` type, but this is not currently in GSL.
20916 Eventually, use [the one voted into C++17](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0088r3.html).
20918 Some of the GSL types listed below might not be supported in the library you use due to technical reasons such as limitations in the current versions of C++.
20919 Therefore, please consult your GSL documentation to find out more.
20921 Summary of GSL components:
20923 * [GSL.view: Views](#SS-views)
20924 * [GSL.owner](#SS-ownership)
20925 * [GSL.assert: Assertions](#SS-assertions)
20926 * [GSL.util: Utilities](#SS-utilities)
20927 * [GSL.concept: Concepts](#SS-gsl-concepts)
20929 We plan for a "ISO C++ standard style" semi-formal specification of the GSL.
20931 We rely on the ISO C++ Standard Library and hope for parts of the GSL to be absorbed into the standard library.
20933 ## <a name="SS-views"></a>GSL.view: Views
20935 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.
20937 These "views" are never owners.
20939 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.
20941 The names are mostly ISO standard-library style (lower case and underscore):
20943 * `T*`      // The `T*` is not an owner, might be null; assumed to be pointing to a single element.
20944 * `T&`      // The `T&` is not an owner and can never be a "null reference"; references are always bound to objects.
20946 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.
20947 Owners should be converted to resource handles (e.g., `unique_ptr` or `vector<T>`) or marked `owner<T*>`.
20949 * `owner<T*>`   // a `T*` that owns the object pointed/referred to; might be `nullptr`.
20951 `owner` is used to mark owning pointers in code that cannot be upgraded to use proper resource handles.
20952 Reasons for that include:
20954 * Cost of conversion.
20955 * The pointer is used with an ABI.
20956 * The pointer is part of the implementation of a resource handle.
20958 An `owner<T>` differs from a resource handle for a `T` by still requiring an explicit `delete`.
20960 An `owner<T>` is assumed to refer to an object on the free store (heap).
20962 If something is not supposed to be `nullptr`, say so:
20964 * `not_null<T>`   // `T` is usually a pointer type (e.g., `not_null<int*>` and `not_null<owner<Foo*>>`) that must not be `nullptr`.
20965   `T` can be any type for which `==nullptr` is meaningful.
20967 * `span<T>`       // `[p:p+n)`, constructor from `{p, q}` and `{p, n}`; `T` is the pointer type
20968 * `span_p<T>`     // `{p, predicate}` `[p:q)` where `q` is the first element for which `predicate(*p)` is true
20970 A `span<T>` refers to zero or more mutable `T`s unless `T` is a `const` type.
20972 "Pointer arithmetic" is best done within `span`s.
20973 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`.
20975 * `zstring`    // a `char*` supposed to be a C-style string; that is, a zero-terminated sequence of `char` or `nullptr`
20976 * `czstring`   // a `const char*` supposed to be a C-style string; that is, a zero-terminated sequence of `const` `char` or `nullptr`
20978 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.
20979 A sequence of characters that is not assumed to be zero-terminated should be a `char*`, rather than a `zstring`.
20980 French accent optional.
20982 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?
20984 ## <a name="SS-ownership"></a>GSL.owner: Ownership pointers
20986 * `unique_ptr<T>`     // unique ownership: `std::unique_ptr<T>`
20987 * `shared_ptr<T>`     // shared ownership: `std::shared_ptr<T>` (a counted pointer)
20988 * `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.
20989 * `dyn_array<T>`      // ??? needed ??? A heap-allocated array. The number of elements are determined at construction and fixed thereafter.
20990   The elements are mutable unless `T` is a `const` type. Basically a `span` that allocates and owns its elements.
20992 ## <a name="SS-assertions"></a>GSL.assert: Assertions
20994 * `Expects`     // precondition assertion. Currently placed in function bodies. Later, should be moved to declarations.
20995                 // `Expects(p)` terminates the program unless `p == true`
20996                 // `Expect` in under control of some options (enforcement, error message, alternatives to terminate)
20997 * `Ensures`     // postcondition assertion. Currently placed in function bodies. Later, should be moved to declarations.
20999 These assertions are currently macros (yuck!) and must appear in function definitions (only)
21000 pending standard committee decisions on contracts and assertion syntax.
21001 See [the contract proposal](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0380r1.pdf); using the attribute syntax,
21002 for example, `Expects(p)` will become `[[expects: p]]`.
21004 ## <a name="SS-utilities"></a>GSL.util: Utilities
21006 * `finally`        // `finally(f)` makes a `final_action{f}` with a destructor that invokes `f`
21007 * `narrow_cast`    // `narrow_cast<T>(x)` is `static_cast<T>(x)`
21008 * `narrow`         // `narrow<T>(x)` is `static_cast<T>(x)` if `static_cast<T>(x) == x` or it throws `narrowing_error`
21009 * `[[implicit]]`   // "Marker" to put on single-argument constructors to explicitly make them non-explicit.
21010 * `move_owner`     // `p = move_owner(q)` means `p = q` but ???
21011 * `joining_thread` // a RAII style version of `std::thread` that joins.
21012 * `index`          // a type to use for all container and array indexing (currently an alias for `ptrdiff_t`)
21014 ## <a name="SS-gsl-concepts"></a>GSL.concept: Concepts
21016 These concepts (type predicates) are borrowed from
21017 Andrew Sutton's Origin library,
21018 the Range proposal,
21019 and the ISO WG21 Palo Alto TR.
21020 They are likely to be very similar to what will become part of the ISO C++ standard.
21021 The notation is that of the ISO WG21 [Concepts TS](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
21022 Most of the concepts below are defined in [the Ranges TS](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4569.pdf).
21024 * `Range`
21025 * `String`   // ???
21026 * `Number`   // ???
21027 * `Sortable`
21028 * `EqualityComparable`
21029 * `Convertible`
21030 * `Common`
21031 * `Boolean`
21032 * `Integral`
21033 * `SignedIntegral`
21034 * `SemiRegular` // ??? Copyable?
21035 * `Regular`
21036 * `TotallyOrdered`
21037 * `Function`
21038 * `RegularFunction`
21039 * `Predicate`
21040 * `Relation`
21041 * ...
21043 ### <a name="SS-gsl-smartptrconcepts"></a>GSL.ptr: Smart pointer concepts
21045 * `Pointer`  // A type with `*`, `->`, `==`, and default construction (default construction is assumed to set the singular "null" value)
21046 * `Unique_pointer`  // A type that matches `Pointer`, is movable, and is not copyable
21047 * `Shared_pointer`   // A type that matches `Pointer`, and is copyable
21049 # <a name="S-naming"></a>NL: Naming and layout rules
21051 Consistent naming and layout are helpful.
21052 If for no other reason because it minimizes "my style is better than your style" arguments.
21053 However, there are many, many, different styles around and people are passionate about them (pro and con).
21054 Also, most real-world projects includes code from many sources, so standardizing on a single style for all code is often impossible.
21055 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.
21056 IDEs and tools can help (as well as hinder).
21058 Naming and layout rules:
21060 * [NL.1: Don't say in comments what can be clearly stated in code](#Rl-comments)
21061 * [NL.2: State intent in comments](#Rl-comments-intent)
21062 * [NL.3: Keep comments crisp](#Rl-comments-crisp)
21063 * [NL.4: Maintain a consistent indentation style](#Rl-indent)
21064 * [NL.5: Avoid encoding type information in names](#Rl-name-type)
21065 * [NL.7: Make the length of a name roughly proportional to the length of its scope](#Rl-name-length)
21066 * [NL.8: Use a consistent naming style](#Rl-name)
21067 * [NL.9: Use `ALL_CAPS` for macro names only](#Rl-all-caps)
21068 * [NL.10: Prefer `underscore_style` names](#Rl-camel)
21069 * [NL.11: Make literals readable](#Rl-literals)
21070 * [NL.15: Use spaces sparingly](#Rl-space)
21071 * [NL.16: Use a conventional class member declaration order](#Rl-order)
21072 * [NL.17: Use K&R-derived layout](#Rl-knr)
21073 * [NL.18: Use C++-style declarator layout](#Rl-ptr)
21074 * [NL.19: Avoid names that are easily misread](#Rl-misread)
21075 * [NL.20: Don't place two statements on the same line](#Rl-stmt)
21076 * [NL.21: Declare one name (only) per declaration](#Rl-dcl)
21077 * [NL.25: Don't use `void` as an argument type](#Rl-void)
21078 * [NL.26: Use conventional `const` notation](#Rl-const)
21080 Most of these rules are aesthetic and programmers hold strong opinions.
21081 IDEs also tend to have defaults and a range of alternatives.
21082 These rules are suggested defaults to follow unless you have reasons not to.
21084 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.
21085 We are not "legislating" (see the previous paragraph).
21086 However, we have had many requests for a set of naming and layout conventions to use when there are no external constraints.
21088 More specific and detailed rules are easier to enforce.
21090 These rules bear a strong resemblance to the recommendations in the [PPP Style Guide](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf)
21091 written in support of Stroustrup's [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html).
21093 ### <a name="Rl-comments"></a>NL.1: Don't say in comments what can be clearly stated in code
21095 ##### Reason
21097 Compilers do not read comments.
21098 Comments are less precise than code.
21099 Comments are not updated as consistently as code.
21101 ##### Example, bad
21103     auto x = m * v1 + vv;   // multiply m with v1 and add the result to vv
21105 ##### Enforcement
21107 Build an AI program that interprets colloquial English text and see if what is said could be better expressed in C++.
21109 ### <a name="Rl-comments-intent"></a>NL.2: State intent in comments
21111 ##### Reason
21113 Code says what is done, not what is supposed to be done. Often intent can be stated more clearly and concisely than the implementation.
21115 ##### Example
21117     void stable_sort(Sortable& c)
21118         // sort c in the order determined by <, keep equal elements (as defined by ==) in
21119         // their original relative order
21120     {
21121         // ... quite a few lines of non-trivial code ...
21122     }
21124 ##### Note
21126 If the comment and the code disagree, both are likely to be wrong.
21128 ### <a name="Rl-comments-crisp"></a>NL.3: Keep comments crisp
21130 ##### Reason
21132 Verbosity slows down understanding and makes the code harder to read by spreading it around in the source file.
21134 ##### Note
21136 Use intelligible English.
21137 I might be fluent in Danish, but most programmers are not; the maintainers of my code might not be.
21138 Avoid SMS lingo and watch your grammar, punctuation, and capitalization.
21139 Aim for professionalism, not "cool."
21141 ##### Enforcement
21143 not possible.
21145 ### <a name="Rl-indent"></a>NL.4: Maintain a consistent indentation style
21147 ##### Reason
21149 Readability. Avoidance of "silly mistakes."
21151 ##### Example, bad
21153     int i;
21154     for (i = 0; i < max; ++i); // bug waiting to happen
21155     if (i == j)
21156         return i;
21158 ##### Note
21160 Always indenting the statement after `if (...)`, `for (...)`, and `while (...)` is usually a good idea:
21162     if (i < 0) error("negative argument");
21164     if (i < 0)
21165         error("negative argument");
21167 ##### Enforcement
21169 Use a tool.
21171 ### <a name="Rl-name-type"></a>NL.5: Avoid encoding type information in names
21173 ##### Rationale
21175 If names reflect types rather than functionality, it becomes hard to change the types used to provide that functionality.
21176 Also, if the type of a variable is changed, code using it will have to be modified.
21177 Minimize unintentional conversions.
21179 ##### Example, bad
21181     void print_int(int i);
21182     void print_string(const char*);
21184     print_int(1);          // repetitive, manual type matching
21185     print_string("xyzzy"); // repetitive, manual type matching
21187 ##### Example, good
21189     void print(int i);
21190     void print(string_view);    // also works on any string-like sequence
21192     print(1);              // clear, automatic type matching
21193     print("xyzzy");        // clear, automatic type matching
21195 ##### Note
21197 Names with types encoded are either verbose or cryptic.
21199     printS  // print a std::string
21200     prints  // print a C-style string
21201     printi  // print an int
21203 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).
21205 ##### Note
21207 Some styles use very general (not type-specific) prefixes to denote the general use of a variable.
21209     auto p = new User();
21210     auto p = make_unique<User>();
21211     // note: "p" is not being used to say "raw pointer to type User,"
21212     //       just generally to say "this is an indirection"
21214     auto cntHits = calc_total_of_hits(/*...*/);
21215     // note: "cnt" is not being used to encode a type,
21216     //       just generally to say "this is a count of something"
21218 This is not harmful and does not fall under this guideline because it does not encode type information.
21220 ##### Note
21222 Some styles distinguish members from local variable, and/or from global variable.
21224     struct S {
21225         int m_;
21226         S(int m) : m_{abs(m)} { }
21227     };
21229 This is not harmful and does not fall under this guideline because it does not encode type information.
21231 ##### Note
21233 Like C++, some styles distinguish types from non-types.
21234 For example, by capitalizing type names, but not the names of functions and variables.
21236     typename<typename T>
21237     class HashTable {   // maps string to T
21238         // ...
21239     };
21241     HashTable<int> index;
21243 This is not harmful and does not fall under this guideline because it does not encode type information.
21245 ### <a name="Rl-name-length"></a>NL.7: Make the length of a name roughly proportional to the length of its scope
21247 **Rationale**: The larger the scope the greater the chance of confusion and of an unintended name clash.
21249 ##### Example
21251     double sqrt(double x);   // return the square root of x; x must be non-negative
21253     int length(const char* p);  // return the number of characters in a zero-terminated C-style string
21255     int length_of_string(const char zero_terminated_array_of_char[])    // bad: verbose
21257     int g;      // bad: global variable with a cryptic name
21259     int open;   // bad: global variable with a short, popular name
21261 The use of `p` for pointer and `x` for a floating-point variable is conventional and non-confusing in a restricted scope.
21263 ##### Enforcement
21267 ### <a name="Rl-name"></a>NL.8: Use a consistent naming style
21269 **Rationale**: Consistence in naming and naming style increases readability.
21271 ##### Note
21273 There are many styles and when you use multiple libraries, you can't follow all their different conventions.
21274 Choose a "house style", but leave "imported" libraries with their original style.
21276 ##### Example
21278 ISO Standard, use lower case only and digits, separate words with underscores:
21280 * `int`
21281 * `vector`
21282 * `my_map`
21284 Avoid double underscores `__`.
21286 ##### Example
21288 [Stroustrup](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf):
21289 ISO Standard, but with upper case used for your own types and concepts:
21291 * `int`
21292 * `vector`
21293 * `My_map`
21295 ##### Example
21297 CamelCase: capitalize each word in a multi-word identifier:
21299 * `int`
21300 * `vector`
21301 * `MyMap`
21302 * `myMap`
21304 Some conventions capitalize the first letter, some don't.
21306 ##### Note
21308 Try to be consistent in your use of acronyms and lengths of identifiers:
21310     int mtbf {12};
21311     int mean_time_between_failures {12}; // make up your mind
21313 ##### Enforcement
21315 Would be possible except for the use of libraries with varying conventions.
21317 ### <a name="Rl-all-caps"></a>NL.9: Use `ALL_CAPS` for macro names only
21319 ##### Reason
21321 To avoid confusing macros with names that obey scope and type rules.
21323 ##### Example
21325     void f()
21326     {
21327         const int SIZE{1000};  // Bad, use 'size' instead
21328         int v[SIZE];
21329     }
21331 ##### Note
21333 This rule applies to non-macro symbolic constants:
21335     enum bad { BAD, WORSE, HORRIBLE }; // BAD
21337 ##### Enforcement
21339 * Flag macros with lower-case letters
21340 * Flag `ALL_CAPS` non-macro names
21342 ### <a name="Rl-camel"></a>NL.10: Prefer `underscore_style` names
21344 ##### Reason
21346 The use of underscores to separate parts of a name is the original C and C++ style and used in the C++ Standard Library.
21348 ##### Note
21350 This rule is a default to use only if you have a choice.
21351 Often, you don't have a choice and must follow an established style for [consistency](#Rl-name).
21352 The need for consistency beats personal taste.
21354 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21355 This rule was added after many requests for guidance.
21357 ##### Example
21359 [Stroustrup](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf):
21360 ISO Standard, but with upper case used for your own types and concepts:
21362 * `int`
21363 * `vector`
21364 * `My_map`
21366 ##### Enforcement
21368 Impossible.
21370 ### <a name="Rl-literals"></a>NL.11: Make literals readable
21372 ##### Reason
21374 Readability.
21376 ##### Example
21378 Use digit separators to avoid long strings of digits
21380     auto c = 299'792'458; // m/s2
21381     auto q2 = 0b0000'1111'0000'0000;
21382     auto ss_number = 123'456'7890;
21384 ##### Example
21386 Use literal suffixes where clarification is needed
21388     auto hello = "Hello!"s; // a std::string
21389     auto world = "world";   // a C-style string
21390     auto interval = 100ms;  // using <chrono>
21392 ##### Note
21394 Literals should not be sprinkled all over the code as ["magic constants"](#Res-magic),
21395 but it is still a good idea to make them readable where they are defined.
21396 It is easy to make a typo in a long string of integers.
21398 ##### Enforcement
21400 Flag long digit sequences. The trouble is to define "long"; maybe 7.
21402 ### <a name="Rl-space"></a>NL.15: Use spaces sparingly
21404 ##### Reason
21406 Too much space makes the text larger and distracts.
21408 ##### Example, bad
21410     #include < map >
21412     int main(int argc, char * argv [ ])
21413     {
21414         // ...
21415     }
21417 ##### Example
21419     #include <map>
21421     int main(int argc, char* argv[])
21422     {
21423         // ...
21424     }
21426 ##### Note
21428 Some IDEs have their own opinions and add distracting space.
21430 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21431 This rule was added after many requests for guidance.
21433 ##### Note
21435 We value well-placed whitespace as a significant help for readability. Just don't overdo it.
21437 ### <a name="Rl-order"></a>NL.16: Use a conventional class member declaration order
21439 ##### Reason
21441 A conventional order of members improves readability.
21443 When declaring a class use the following order
21445 * types: classes, enums, and aliases (`using`)
21446 * constructors, assignments, destructor
21447 * functions
21448 * data
21450 Use the `public` before `protected` before `private` order.
21452 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21453 This rule was added after many requests for guidance.
21455 ##### Example
21457     class X {
21458     public:
21459         // interface
21460     protected:
21461         // unchecked function for use by derived class implementations
21462     private:
21463         // implementation details
21464     };
21466 ##### Example
21468 Sometimes, the default order of members conflicts with a desire to separate the public interface from implementation details.
21469 In such cases, private types and functions can be placed with private data.
21471     class X {
21472     public:
21473         // interface
21474     protected:
21475         // unchecked function for use by derived class implementations
21476     private:
21477         // implementation details (types, functions, and data)
21478     };
21480 ##### Example, bad
21482 Avoid multiple blocks of declarations of one access (e.g., `public`) dispersed among blocks of declarations with different access (e.g. `private`).
21484     class X {   // bad
21485     public:
21486         void f();
21487     public:
21488         int g();
21489         // ...
21490     };
21492 The use of macros to declare groups of members often leads to violation of any ordering rules.
21493 However, macros obscures what is being expressed anyway.
21495 ##### Enforcement
21497 Flag departures from the suggested order. There will be a lot of old code that doesn't follow this rule.
21499 ### <a name="Rl-knr"></a>NL.17: Use K&R-derived layout
21501 ##### Reason
21503 This is the original C and C++ layout. It preserves vertical space well. It distinguishes different language constructs (such as functions and classes) well.
21505 ##### Note
21507 In the context of C++, this style is often called "Stroustrup".
21509 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21510 This rule was added after many requests for guidance.
21512 ##### Example
21514     struct Cable {
21515         int x;
21516         // ...
21517     };
21519     double foo(int x)
21520     {
21521         if (0 < x) {
21522             // ...
21523         }
21525         switch (x) {
21526         case 0:
21527             // ...
21528             break;
21529         case amazing:
21530             // ...
21531             break;
21532         default:
21533             // ...
21534             break;
21535         }
21537         if (0 < x)
21538             ++x;
21540         if (x < 0)
21541             something();
21542         else
21543             something_else();
21545         return some_value;
21546     }
21548 Note the space between `if` and `(`
21550 ##### Note
21552 Use separate lines for each statement, the branches of an `if`, and the body of a `for`.
21554 ##### Note
21556 The `{` for a `class` and a `struct` is *not* on a separate line, but the `{` for a function is.
21558 ##### Note
21560 Capitalize the names of your user-defined types to distinguish them from standards-library types.
21562 ##### Note
21564 Do not capitalize function names.
21566 ##### Enforcement
21568 If you want enforcement, use an IDE to reformat.
21570 ### <a name="Rl-ptr"></a>NL.18: Use C++-style declarator layout
21572 ##### Reason
21574 The C-style layout emphasizes use in expressions and grammar, whereas the C++-style emphasizes types.
21575 The use in expressions argument doesn't hold for references.
21577 ##### Example
21579     T& operator[](size_t);   // OK
21580     T &operator[](size_t);   // just strange
21581     T & operator[](size_t);   // undecided
21583 ##### Note
21585 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21586 This rule was added after many requests for guidance.
21588 ##### Enforcement
21590 Impossible in the face of history.
21593 ### <a name="Rl-misread"></a>NL.19: Avoid names that are easily misread
21595 ##### Reason
21597 Readability.
21598 Not everyone has screens and printers that make it easy to distinguish all characters.
21599 We easily confuse similarly spelled and slightly misspelled words.
21601 ##### Example
21603     int oO01lL = 6; // bad
21605     int splunk = 7;
21606     int splonk = 8; // bad: splunk and splonk are easily confused
21608 ##### Enforcement
21612 ### <a name="Rl-stmt"></a>NL.20: Don't place two statements on the same line
21614 ##### Reason
21616 Readability.
21617 It is really easy to overlook a statement when there is more on a line.
21619 ##### Example
21621     int x = 7; char* p = 29;    // don't
21622     int x = 7; f(x);  ++x;      // don't
21624 ##### Enforcement
21626 Easy.
21628 ### <a name="Rl-dcl"></a>NL.21: Declare one name (only) per declaration
21630 ##### Reason
21632 Readability.
21633 Minimizing confusion with the declarator syntax.
21635 ##### Note
21637 For details, see [ES.10](#Res-name-one).
21640 ### <a name="Rl-void"></a>NL.25: Don't use `void` as an argument type
21642 ##### Reason
21644 It's verbose and only needed where C compatibility matters.
21646 ##### Example
21648     void f(void);   // bad
21650     void g();       // better
21652 ##### Note
21654 Even Dennis Ritchie deemed `void f(void)` an abomination.
21655 You can make an argument for that abomination in C when function prototypes were rare so that banning:
21657     int f();
21658     f(1, 2, "weird but valid C89");   // hope that f() is defined int f(a, b, c) char* c; { /* ... */ }
21660 would have caused major problems, but not in the 21st century and in C++.
21662 ### <a name="Rl-const"></a>NL.26: Use conventional `const` notation
21664 ##### Reason
21666 Conventional notation is more familiar to more programmers.
21667 Consistency in large code bases.
21669 ##### Example
21671     const int x = 7;    // OK
21672     int const y = 9;    // bad
21674     const int *const p = nullptr;   // OK, constant pointer to constant int
21675     int const *const p = nullptr;   // bad, constant pointer to constant int
21677 ##### Note
21679 We are well aware that you could claim the "bad" examples more logical than the ones marked "OK",
21680 but they also confuse more people, especially novices relying on teaching material using the far more common, conventional OK style.
21682 As ever, remember that the aim of these naming and layout rules is consistency and that aesthetics vary immensely.
21684 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21685 This rule was added after many requests for guidance.
21687 ##### Enforcement
21689 Flag `const` used as a suffix for a type.
21691 # <a name="S-faq"></a>FAQ: Answers to frequently asked questions
21693 This section covers answers to frequently asked questions about these guidelines.
21695 ### <a name="Faq-aims"></a>FAQ.1: What do these guidelines aim to achieve?
21697 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.
21699 ### <a name="Faq-announced"></a>FAQ.2: When and where was this work first announced?
21701 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).
21703 ### <a name="Faq-maintainers"></a>FAQ.3: Who are the authors and maintainers of these guidelines?
21705 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!"
21707 ### <a name="Faq-contribute"></a>FAQ.4: How can I contribute?
21709 See [CONTRIBUTING.md](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/CONTRIBUTING.md). We appreciate volunteer help!
21711 ### <a name="Faq-maintainer"></a>FAQ.5: How can I become an editor/maintainer?
21713 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!
21715 ### <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?
21717 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.
21719 ### <a name="Faq-isocpp"></a>FAQ.7: If these guidelines are not approved by the committee, why are they under `github.com/isocpp`?
21721 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.
21723 ### <a name="Faq-cpp98"></a>FAQ.8: Will there be a C++98 version of these Guidelines? a C++11 version?
21725 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.
21727 ### <a name="Faq-language-extensions"></a>FAQ.9: Do these guidelines propose new language features?
21729 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.
21731 ### <a name="Faq-markdown"></a>FAQ.10: What version of Markdown do these guidelines use?
21733 These coding standards are written using [CommonMark](http://commonmark.org), and `<a>` HTML anchors.
21735 We are considering the following extensions from [GitHub Flavored Markdown (GFM)](https://help.github.com/articles/github-flavored-markdown/):
21737 * fenced code blocks (consistently using indented vs. fenced is under discussion)
21738 * tables (none yet but we'll likely need them, and this is a GFM extension)
21740 Avoid other HTML tags and other extensions.
21742 Note: We are not yet consistent with this style.
21744 ### <a name="Faq-gsl"></a>FAQ.50: What is the GSL (guidelines support library)?
21746 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.
21748 ### <a name="Faq-msgsl"></a>FAQ.51: Is [github.com/Microsoft/GSL](https://github.com/Microsoft/GSL) the GSL?
21750 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.
21752 ### <a name="Faq-gsl-implementation"></a>FAQ.52: Why not supply an actual GSL implementation in/with these guidelines?
21754 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.
21756 ### <a name="Faq-boost"></a>FAQ.53: Why weren't the GSL types proposed through Boost?
21758 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.
21760 ### <a name="Faq-gsl-iso"></a>FAQ.54: Has the GSL (guidelines support library) been approved by the ISO C++ standards committee?
21762 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.
21764 ### <a name="Faq-gsl-string-view"></a>FAQ.55: If you're using the standard types where available, why is the GSL `span<char>` 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`?
21766 The consensus on the taxonomy of views for the C++ Standard Library was that "view" means "read-only", and "span" means "read/write". If you only need a read-only view of characters that does not need guaranteed bounds-checking and you have C++17, use C++17 `std::string_view`. Otherwise, if you need a read-write view that does not need guaranteed bounds-checking and you have C++20, use C++20 `std::span<char>`. Otherwise, use `gsl::span<char>`.
21768 ### <a name="Faq-gsl-owner"></a>FAQ.56: Is `owner` the same as the proposed `observer_ptr`?
21770 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.
21772 ### <a name="Faq-gsl-stack-array"></a>FAQ.57: Is `stack_array` the same as the standard `array`?
21774 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.
21776 ### <a name="Faq-gsl-dyn-array"></a>FAQ.58: Is `dyn_array` the same as `vector` or the proposed `dynarray`?
21778 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.
21780 ### <a name="Faq-gsl-expects"></a>FAQ.59: Is `Expects` the same as `assert`?
21782 No. It is a placeholder for language support for contract preconditions.
21784 ### <a name="Faq-gsl-ensures"></a>FAQ.60: Is `Ensures` the same as `assert`?
21786 No. It is a placeholder for language support for contract postconditions.
21788 # <a name="S-libraries"></a>Appendix A: Libraries
21790 This section lists recommended libraries, and explicitly recommends a few.
21792 ??? Suitable for the general guide? I think not ???
21794 # <a name="S-modernizing"></a>Appendix B: Modernizing code
21796 Ideally, we follow all rules in all code.
21797 Realistically, we have to deal with a lot of old code:
21799 * application code written before the guidelines were formulated or known
21800 * libraries written to older/different standards
21801 * code written under "unusual" constraints
21802 * code that we just haven't gotten around to modernizing
21804 If we have a million lines of new code, the idea of "just changing it all at once" is typically unrealistic.
21805 Thus, we need a way of gradually modernizing a code base.
21807 Upgrading older code to modern style can be a daunting task.
21808 Often, the old code is both a mess (hard to understand) and working correctly (for the current range of uses).
21809 Typically, the original programmer is not around and the test cases incomplete.
21810 The fact that the code is a mess dramatically increases the effort needed to make any change and the risk of introducing errors.
21811 Often, messy old code runs unnecessarily slowly because it requires outdated compilers and cannot take advantage of modern hardware.
21812 In many cases, automated "modernizer"-style tool support would be required for major upgrade efforts.
21814 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.
21815 Making code "look pretty" or "follow modern style" are not by themselves reasons for change.
21816 There are risks implied by every change and costs (including the cost of lost opportunities) implied by having an outdated code base.
21817 The cost reductions must outweigh the risks.
21819 But how?
21821 There is no one approach to modernizing code.
21822 How best to do it depends on the code, the pressure for updates, the backgrounds of the developers, and the available tool.
21823 Here are some (very general) ideas:
21825 * The ideal is "just upgrade everything." That gives the most benefits for the shortest total time.
21826   In most circumstances, it is also impossible.
21827 * 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.
21828 * 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.
21829 * We could start by focusing on the interfaces, e.g., make sure that no resources are lost and no pointer is misused.
21830   This would be a set of changes across the whole code base, but would most likely have huge benefits.
21831   Afterwards, code hidden behind those interfaces can be gradually modernized without affecting other code.
21833 Whichever way you choose, please note that the most advantages come with the highest conformance to the guidelines.
21834 The guidelines are not a random set of unrelated rules where you can randomly pick and choose with an expectation of success.
21836 We would dearly love to hear about experience and about tools used.
21837 Modernization can be much faster, simpler, and safer when supported with analysis tools and even code transformation tools.
21839 # <a name="S-discussion"></a>Appendix C: Discussion
21841 This section contains follow-up material on rules and sets of rules.
21842 In particular, here we present further rationale, longer examples, and discussions of alternatives.
21844 ### <a name="Sd-order"></a>Discussion: Define and initialize member variables in the order of member declaration
21846 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.
21848     class Employee {
21849         string email, first, last;
21850     public:
21851         Employee(const char* firstName, const char* lastName);
21852         // ...
21853     };
21855     Employee::Employee(const char* firstName, const char* lastName)
21856       : first(firstName),
21857         last(lastName),
21858         // BAD: first and last not yet constructed
21859         email(first + "." + last + "@acme.com")
21860     {}
21862 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.
21864 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.
21866 **References**:
21868 [\[Cline99\]](#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
21870 ### <a name="Sd-init"></a>Discussion: Use of `=`, `{}`, and `()` as initializers
21874 ### <a name="Sd-factory"></a>Discussion: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization
21876 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:
21878 * *Pass the buck:* Just document that user code must call the post-initialization function right after constructing an object.
21879 * *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.
21880 * *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).)
21881 * *Use a factory function:* This way, you can easily force a mandatory invocation of a post-constructor function.
21883 Here is an example of the last option:
21885     class B {
21886     public:
21887         B()
21888         {
21889             /* ... */
21890             f(); // BAD: C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors
21891             /* ... */
21892         }
21894         virtual void f() = 0;
21895     };
21897     class B {
21898     protected:
21899         class Token {};
21901     public:
21902         // constructor needs to be public so that make_shared can access it.
21903         // protected access level is gained by requiring a Token.
21904         explicit B(Token) { /* ... */ }  // create an imperfectly initialized object
21905         virtual void f() = 0;
21907         template<class T>
21908         static shared_ptr<T> create()    // interface for creating shared objects
21909         {
21910             auto p = make_shared<T>(typename T::Token{});
21911             p->post_initialize();
21912             return p;
21913         }
21915     protected:
21916         virtual void post_initialize()   // called right after construction
21917             { /* ... */ f(); /* ... */ } // GOOD: virtual dispatch is safe
21918         }
21919     };
21922     class D : public B {                 // some derived class
21923     protected:
21924         class Token {};
21926     public:
21927         // constructor needs to be public so that make_shared can access it.
21928         // protected access level is gained by requiring a Token.
21929         explicit D(Token) : B{ B::Token{} } {}
21930         void f() override { /* ...  */ };
21932     protected:
21933         template<class T>
21934         friend shared_ptr<T> B::create();
21935     };
21937     shared_ptr<D> p = D::create<D>();    // creating a D object
21939 This design requires the following discipline:
21941 * 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`.
21942 * Allocation is limited to `operator new`. `B` can, however, override `new` (see Items 45 and 46 in [SuttAlex05](#SuttAlex05)).
21943 * `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.
21945 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.
21947 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).
21949 **References**: [\[Alexandrescu01\]](#Alexandrescu01) §3, [\[Boost\]](#Boost), [\[Dewhurst03\]](#Dewhurst03) §75, [\[Meyers97\]](#Meyers97) §46, [\[Stroustrup00\]](#Stroustrup00) §15.4.3, [\[Taligent94\]](#Taligent94)
21951 ### <a name="Sd-dtor"></a>Discussion: Make base class destructors public and virtual, or protected and non-virtual
21953 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.
21955 ##### Example
21957 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>`:
21959     class Base {
21960     public:
21961         ~Base();                   // BAD, not virtual
21962         virtual ~Base();           // GOOD
21963         // ...
21964     };
21966     class Derived : public Base { /* ... */ };
21968     {
21969         unique_ptr<Base> pb = make_unique<Derived>();
21970         // ...
21971     } // ~pb invokes correct destructor only when ~Base is virtual
21973 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:
21975     class My_policy {
21976     public:
21977         virtual ~My_policy();      // BAD, public and virtual
21978     protected:
21979         ~My_policy();              // GOOD
21980         // ...
21981     };
21983     template<class Policy>
21984     class customizable : Policy { /* ... */ }; // note: private inheritance
21986 ##### Note
21988 This simple guideline illustrates a subtle issue and reflects modern uses of inheritance and object-oriented design principles.
21990 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.
21992 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:
21994 * Whether it should behave virtually or not.
21995 * Whether it should be publicly available to all callers using a pointer to `Base` or else be a hidden internal implementation detail.
21997 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.
21999 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.
22001 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.)
22003 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.
22005 ##### Exception
22007 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.
22009 Consider also this rare case:
22011 * `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.
22012 * 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.
22014 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.
22016 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`.
22018 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.
22020 **References**: [\[SuttAlex05\]](#SuttAlex05) 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
22022 ### <a name="Sd-noexcept"></a>Discussion: Usage of noexcept
22026 ### <a name="Sd-never-fail"></a>Discussion: Destructors, deallocation, and swap must never fail
22028 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 might throw an exception are flatly forbidden from use with the C++ Standard Library. Most destructors are now implicitly `noexcept` by default.
22030 ##### Example
22032     class Nefarious {
22033     public:
22034         Nefarious() { /* code that could throw */ }    // ok
22035         ~Nefarious() { /* code that could throw */ }   // BAD, should not throw
22036         // ...
22037     };
22039 1. `Nefarious` objects are hard to use safely even as local variables:
22042         void test(string& s)
22043         {
22044             Nefarious n;          // trouble brewing
22045             string copy = s;      // copy the string
22046         } // destroy copy and then n
22048     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.
22050 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 bad behavior:
22053         class Innocent_bystander {
22054             Nefarious member;     // oops, poisons the enclosing class's destructor
22055             // ...
22056         };
22058         void test(string& s)
22059         {
22060             Innocent_bystander i;  // more trouble brewing
22061             string copy2 = s;      // copy the string
22062         } // destroy copy and then i
22064     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`.
22066 3. You can't reliably create global or static `Nefarious` objects either:
22069         static Nefarious n;       // oops, any destructor exception can't be caught
22071 4. You can't reliably create arrays of `Nefarious`:
22074         void test()
22075         {
22076             std::array<Nefarious, 10> arr; // this line can std::terminate(!)
22077         }
22079     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.
22081 5. You can't use `Nefarious` objects in standard containers:
22084         std::vector<Nefarious> vec(10);   // this line can std::terminate()
22086     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.
22088 ##### Note
22090 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.
22092 Consider the following advice and requirements found in the C++ Standard:
22094 > 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)
22096 > 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)
22098 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.
22099 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`:
22101     T& T::operator=(const T& other)
22102     {
22103         auto temp = other;
22104         swap(temp);
22105         return *this;
22106     }
22108 (See also Item 56. ???)
22110 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).
22112 When using exceptions as your error handling mechanism, always document this behavior by declaring these functions `noexcept`. (See Item 75.)
22114 **References**: [\[SuttAlex05\]](#SuttAlex05) 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
22116 ## <a name="Sd-consistent"></a>Define Copy, move, and destroy consistently
22118 ##### Reason
22120  ???
22122 ##### Note
22124 If you define a copy constructor, you must also define a copy assignment operator.
22126 ##### Note
22128 If you define a move constructor, you must also define a move assignment operator.
22130 ##### Example
22132     class X {
22133     public:
22134         X(const X&) { /* stuff */ }
22136         // BAD: failed to also define a copy assignment operator
22138         X(x&&) noexcept { /* stuff */ }
22140         // BAD: failed to also define a move assignment operator
22142         // ...
22143     };
22145     X x1;
22146     X x2 = x1; // ok
22147     x2 = x1;   // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
22149 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.
22151     class X {
22152         HANDLE hnd;
22153         // ...
22154     public:
22155         ~X() { /* custom stuff, such as closing hnd */ }
22156         // suspicious: no mention of copying or moving -- what happens to hnd?
22157     };
22159     X x1;
22160     X x2 = x1; // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
22161     x2 = x1;   // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
22163 If you define copying, and any base or member has a type that defines a move operation, you should also define a move operation.
22165     class X {
22166         string s; // defines more efficient move operations
22167         // ... other data members ...
22168     public:
22169         X(const X&) { /* stuff */ }
22170         X& operator=(const X&) { /* stuff */ }
22172         // BAD: failed to also define a move construction and move assignment
22173         // (why wasn't the custom "stuff" repeated here?)
22174     };
22176     X test()
22177     {
22178         X local;
22179         // ...
22180         return local;  // pitfall: will be inefficient and/or do the wrong thing
22181     }
22183 If you define any of the copy constructor, copy assignment operator, or destructor, you probably should define the others.
22185 ##### Note
22187 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:
22189 * 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.)
22190 * 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.
22191 * 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.
22193 In many cases, holding properly encapsulated resources using RAII "owning" objects can eliminate the need to write these operations yourself. (See Item 13.)
22195 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.
22197 **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.
22198 In rare cases, classes that have members of strange types (such as reference members) are an exception because they have peculiar copy semantics.
22199 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.)
22201 **References**: [\[SuttAlex05\]](#SuttAlex05) Item 52; [\[Cline99\]](#Cline99) §30.01-14, [\[Koenig97\]](#Koenig97) §4, [\[Stroustrup00\]](#Stroustrup00) §5.5, §10.4, [\[SuttHysl04b\]](#SuttHysl04b)
22203 Resource management rule summary:
22205 * [Provide strong resource safety; that is, never leak anything that you think of as a resource](#Cr-safety)
22206 * [Never throw while holding a resource not owned by a handle](#Cr-never)
22207 * [A "raw" pointer or reference is never a resource handle](#Cr-raw)
22208 * [Never let a pointer outlive the object it points to](#Cr-outlive)
22209 * [Use templates to express containers (and other resource handles)](#Cr-templates)
22210 * [Return containers by value (relying on move or copy elision for efficiency)](#Cr-value-return)
22211 * [If a class is a resource handle, it needs a constructor, a destructor, and copy and/or move operations](#Cr-handle)
22212 * [If a class is a container, give it an initializer-list constructor](#Cr-list)
22214 ### <a name="Cr-safety"></a>Discussion: Provide strong resource safety; that is, never leak anything that you think of as a resource
22216 ##### Reason
22218 Prevent leaks. Leaks can lead to performance degradation, mysterious error, system crashes, and security violations.
22220 **Alternative formulation**: Have every resource represented as an object of some class managing its lifetime.
22222 ##### Example
22224     template<class T>
22225     class Vector {
22226     private:
22227         T* elem;   // sz elements on the free store, owned by the class object
22228         int sz;
22229         // ...
22230     };
22232 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.).
22234 ##### Example
22236     ??? "odd" non-memory resource ???
22238 ##### Enforcement
22240 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.
22242 ### <a name="Cr-never"></a>Discussion: Never throw while holding a resource not owned by a handle
22244 ##### Reason
22246 That would be a leak.
22248 ##### Example
22250     void f(int i)
22251     {
22252         FILE* f = fopen("a file", "r");
22253         ifstream is { "another file" };
22254         // ...
22255         if (i == 0) return;
22256         // ...
22257         fclose(f);
22258     }
22260 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:
22262     void f(int i)
22263     {
22264         unique_ptr<FILE, int(*)(FILE*)> f(fopen("a file", "r"), fclose);
22265         // ...
22266         if (i == 0) return;
22267         // ...
22268     }
22270 Better:
22272     void f(int i)
22273     {
22274         ifstream input {"a file"};
22275         // ...
22276         if (i == 0) return;
22277         // ...
22278     }
22280 ##### Enforcement
22282 A checker must consider all "naked pointers" suspicious.
22283 A checker probably must rely on a human-provided list of resources.
22284 For starters, we know about the standard-library containers, `string`, and smart pointers.
22285 The use of `span` and `string_view` should help a lot (they are not resource handles).
22287 ### <a name="Cr-raw"></a>Discussion: A "raw" pointer or reference is never a resource handle
22289 ##### Reason
22291 To be able to distinguish owners from views.
22293 ##### Note
22295 This is independent of how you "spell" pointer: `T*`, `T&`, `Ptr<T>` and `Range<T>` are not owners.
22297 ### <a name="Cr-outlive"></a>Discussion: Never let a pointer outlive the object it points to
22299 ##### Reason
22301 To avoid extremely hard-to-find errors. Dereferencing such a pointer is undefined behavior and could lead to violations of the type system.
22303 ##### Example
22305     string* bad()   // really bad
22306     {
22307         vector<string> v = { "This", "will", "cause", "trouble", "!" };
22308         // leaking a pointer into a destroyed member of a destroyed object (v)
22309         return &v[0];
22310     }
22312     void use()
22313     {
22314         string* p = bad();
22315         vector<int> xx = {7, 8, 9};
22316         // undefined behavior: x might not be the string "This"
22317         string x = *p;
22318         // undefined behavior: we don't know what (if anything) is allocated a location p
22319         *p = "Evil!";
22320     }
22322 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`) might have been reallocated by the time `*p` is executed. There might be no `string` to read and a write through `p` could easily corrupt objects of unrelated types.
22324 ##### Enforcement
22326 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.
22328 ### <a name="Cr-templates"></a>Discussion: Use templates to express containers (and other resource handles)
22330 ##### Reason
22332 To provide statically type-safe manipulation of elements.
22334 ##### Example
22336     template<typename T> class Vector {
22337         // ...
22338         T* elem;   // point to sz elements of type T
22339         int sz;
22340     };
22342 ### <a name="Cr-value-return"></a>Discussion: Return containers by value (relying on move or copy elision for efficiency)
22344 ##### Reason
22346 To simplify code and eliminate a need for explicit memory management. To bring an object into a surrounding scope, thereby extending its lifetime.
22348 **See also**: [F.20, the general item about "out" output values](#Rf-out)
22350 ##### Example
22352     vector<int> get_large_vector()
22353     {
22354         return ...;
22355     }
22357     auto v = get_large_vector(); //  return by value is ok, most modern compilers will do copy elision
22359 ##### Exception
22361 See the Exceptions in [F.20](#Rf-out).
22363 ##### Enforcement
22365 Check for pointers and references returned from functions and see if they are assigned to resource handles (e.g., to a `unique_ptr`).
22367 ### <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
22369 ##### Reason
22371 To provide complete control of the lifetime of the resource. To provide a coherent set of operations on the resource.
22373 ##### Example
22375     ??? Messing with pointers
22377 ##### Note
22379 If all members are resource handles, rely on the default special operations where possible.
22381     template<typename T> struct Named {
22382         string name;
22383         T value;
22384     };
22386 Now `Named` has a default constructor, a destructor, and efficient copy and move operations, provided `T` has.
22388 ##### Enforcement
22390 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.
22392 ### <a name="Cr-list"></a>Discussion: If a class is a container, give it an initializer-list constructor
22394 ##### Reason
22396 It is common to need an initial set of elements.
22398 ##### Example
22400     template<typename T> class Vector {
22401     public:
22402         Vector(std::initializer_list<T>);
22403         // ...
22404     };
22406     Vector<string> vs { "Nygaard", "Ritchie" };
22408 ##### Enforcement
22410 When is a class a container? ???
22412 # <a name="S-tools"></a>Appendix D: Supporting tools
22414 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
22415 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.
22417 ### <a name="St-clangtidy"></a>Tools: [Clang-tidy](http://clang.llvm.org/extra/clang-tidy/checks/list.html)
22419 Clang-tidy has a set of rules that specifically enforce the C++ Core Guidelines. These rules are named in the pattern `cppcoreguidelines-*`.
22421 ### <a name="St-cppcorecheck"></a>Tools: [CppCoreCheck](https://docs.microsoft.com/en-us/visualstudio/code-quality/using-the-cpp-core-guidelines-checkers)
22423 The Microsoft compiler's C++ code analysis contains a set of rules specifically aimed at enforcement of the C++ Core Guidelines.
22425 # <a name="S-glossary"></a>Glossary
22427 A relatively informal definition of terms used in the guidelines
22428 (based off the glossary in [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html))
22430 More information on many topics about C++ can be found on the [Standard C++ Foundation](https://isocpp.org)'s site.
22432 * *ABI*: Application Binary Interface, a specification for a specific hardware platform combined with the operating system. Contrast with API.
22433 * *abstract class*: a class that cannot be directly used to create objects; often used to define an interface to derived classes.
22434   A class is made abstract by having a pure virtual function or only protected constructors.
22435 * *abstraction*: a description of something that selectively and deliberately ignores (hides) details (e.g., implementation details); selective ignorance.
22436 * *address*: a value that allows us to find an object in a computer's memory.
22437 * *algorithm*: a procedure or formula for solving a problem; a finite series of computational steps to produce a result.
22438 * *alias*: an alternative way of referring to an object; often a name, pointer, or reference.
22439 * *API*: Application Programming Interface, a set of functions that form the communication between various software components. Contrast with ABI.
22440 * *application*: a program or a collection of programs that is considered an entity by its users.
22441 * *approximation*: something (e.g., a value or a design) that is close to the perfect or ideal (value or design).
22442   Often an approximation is a result of trade-offs among ideals.
22443 * *argument*: a value passed to a function or a template, in which it is accessed through a parameter.
22444 * *array*: a homogeneous sequence of elements, usually numbered, e.g., `[0:max)`.
22445 * *assertion*: a statement inserted into a program to state (assert) that something must always be true at this point in the program.
22446 * *base class*: a class used as the base of a class hierarchy. Typically a base class has one or more virtual functions.
22447 * *bit*: the basic unit of information in a computer. A bit can have the value 0 or the value 1.
22448 * *bug*: an error in a program.
22449 * *byte*: the basic unit of addressing in most computers. Typically, a byte holds 8 bits.
22450 * *class*: a user-defined type that can contain data members, function members, and member types.
22451 * *code*: a program or a part of a program; ambiguously used for both source code and object code.
22452 * *compiler*: a program that turns source code into object code.
22453 * *complexity*: a hard-to-precisely-define notion or measure of the difficulty of constructing a solution to a problem or of the solution itself.
22454   Sometimes complexity is used to (simply) mean an estimate of the number of operations needed to execute an algorithm.
22455 * *computation*: the execution of some code, usually taking some input and producing some output.
22456 * *concept*: (1) a notion, and idea; (2) a set of requirements, usually for a template argument.
22457 * *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
22458 (as opposed to a base class in a hierarchy).
22459 * *constant*: a value that cannot be changed (in a given scope); not mutable.
22460 * *constructor*: an operation that initializes ("constructs") an object.
22461   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).
22462 * *container*: an object that holds elements (other objects).
22463 * *copy*: an operation that makes two object have values that compare equal. See also move.
22464 * *correctness*: a program or a piece of a program is correct if it meets its specification.
22465   Unfortunately, a specification can be incomplete or inconsistent, or can fail to meet users' reasonable expectations.
22466   Thus, to produce acceptable code, we sometimes have to do more than just follow the formal specification.
22467 * *cost*: the expense (e.g., in programmer time, run time, or space) of producing a program or of executing it.
22468   Ideally, cost should be a function of complexity.
22469 * *customization point*: ???
22470 * *data*: values used in a computation.
22471 * *debugging*: the act of searching for and removing errors from a program; usually far less systematic than testing.
22472 * *declaration*: the specification of a name with its type in a program.
22473 * *definition*: a declaration of an entity that supplies all information necessary to complete a program using the entity.
22474   Simplified definition: a declaration that allocates memory.
22475 * *derived class*: a class derived from one or more base classes.
22476 * *design*: an overall description of how a piece of software should operate to meet its specification.
22477 * *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.
22478 * *encapsulation*: protecting something meant to be private (e.g., implementation details) from unauthorized access.
22479 * *error*: a mismatch between reasonable expectations of program behavior (often expressed as a requirement or a users' guide) and what a program actually does.
22480 * *executable*: a program ready to be run (executed) on a computer.
22481 * *feature creep*: a tendency to add excess functionality to a program "just in case."
22482 * *file*: a container of permanent information in a computer.
22483 * *floating-point number*: a computer's approximation of a real number, such as 7.93 and 10.78e-3.
22484 * *function*: a named unit of code that can be invoked (called) from different parts of a program; a logical unit of computation.
22485 * *generic programming*: a style of programming focused on the design and efficient implementation of algorithms.
22486   A generic algorithm will work for all argument types that meet its requirements. In C++, generic programming typically uses templates.
22487 * *global variable*: technically, a named object in namespace scope.
22488 * *handle*: a class that allows access to another through a member pointer or reference. See also resource, copy, move.
22489 * *header*: a file containing declarations used to share interfaces between parts of a program.
22490 * *hiding*: the act of preventing a piece of information from being directly seen or accessed.
22491   For example, a name from a nested (inner) scope can prevent that same name from an outer (enclosing) scope from being directly used.
22492 * *ideal*: the perfect version of something we are striving for. Usually we have to make trade-offs and settle for an approximation.
22493 * *implementation*: (1) the act of writing and testing code; (2) the code that implements a program.
22494 * *infinite loop*: a loop where the termination condition never becomes true. See iteration.
22495 * *infinite recursion*: a recursion that doesn't end until the machine runs out of memory to hold the calls.
22496   In reality, such recursion is never infinite but is terminated by some hardware error.
22497 * *information hiding*: the act of separating interface and implementation, thus hiding implementation details not meant for the user's attention and providing an abstraction.
22498 * *initialize*: giving an object its first (initial) value.
22499 * *input*: values used by a computation (e.g., function arguments and characters typed on a keyboard).
22500 * *integer*: a whole number, such as 42 and -99.
22501 * *interface*: a declaration or a set of declarations specifying how a piece of code (such as a function or a class) can be called.
22502 * *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.
22503 * *iteration*: the act of repeatedly executing a piece of code; see recursion.
22504 * *iterator*: an object that identifies an element of a sequence.
22505 * *ISO*: International Organization for Standardization. The C++ language is an ISO standard, ISO/IEC 14882. More information at [iso.org](http://iso.org).
22506 * *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.
22507 * *lifetime*: the time from the initialization of an object until it becomes unusable (goes out of scope, is deleted, or the program terminates).
22508 * *linker*: a program that combines object code files and libraries into an executable program.
22509 * *literal*: a notation that directly specifies a value, such as 12 specifying the integer value "twelve."
22510 * *loop*: a piece of code executed repeatedly; in C++, typically a for-statement or a `while`-statement.
22511 * *move*: an operation that transfers a value from one object to another leaving behind a value representing "empty." See also copy.
22512 * *mutable*: changeable; the opposite of immutable, constant, and invariable.
22513 * *object*: (1) an initialized region of memory of a known type which holds a value of that type; (2) a region of memory.
22514 * *object code*: output from a compiler intended as input for a linker (for the linker to produce executable code).
22515 * *object file*: a file containing object code.
22516 * *object-oriented programming*: (OOP) a style of programming focused on the design and use of classes and class hierarchies.
22517 * *operation*: something that can perform some action, such as a function and an operator.
22518 * *output*: values produced by a computation (e.g., a function result or lines of characters written on a screen).
22519 * *overflow*: producing a value that cannot be stored in its intended target.
22520 * *overload*: defining two functions or operators with the same name but different argument (operand) types.
22521 * *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.
22522 * *owner*: an object responsible for releasing a resource.
22523 * *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.
22524 * *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.
22525 * *pointer*: (1) a value used to identify a typed object in memory; (2) a variable holding such a value.
22526 * *post-condition*: a condition that must hold upon exit from a piece of code, such as a function or a loop.
22527 * *pre-condition*: a condition that must hold upon entry into a piece of code, such as a function or a loop.
22528 * *program*: code (possibly with associated data) that is sufficiently complete to be executed by a computer.
22529 * *programming*: the art of expressing solutions to problems as code.
22530 * *programming language*: a language for expressing programs.
22531 * *pseudo code*: a description of a computation written in an informal notation rather than a programming language.
22532 * *pure virtual function*: a virtual function that must be overridden in a derived class.
22533 * *RAII*: ("Resource Acquisition Is Initialization") a basic technique for resource management based on scopes.
22534 * *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.
22535 * *recursion*: the act of a function calling itself; see also iteration.
22536 * *reference*: (1) a value describing the location of a typed value in memory; (2) a variable holding such a value.
22537 * *regular expression*: a notation for patterns in character strings.
22538 * *regular*: a type that behaves similarly to built-in types like `int` and can be compared with `==`.
22539 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*.
22540 * *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.
22541 * *resource*: something that is acquired and must later be released, such as a file handle, a lock, or memory. See also handle, owner.
22542 * *rounding*: conversion of a value to the mathematically nearest value of a less precise type.
22543 * *RTTI*: Run-Time Type Information. ???
22544 * *scope*: the region of program text (source code) in which a name can be referred to.
22545 * *semiregular*: a type that behaves roughly like an built-in type like `int`, but possibly without a `==` operator. See also *regular type*.
22546 * *sequence*: elements that can be visited in a linear order.
22547 * *software*: a collection of pieces of code and associated data; often used interchangeably with program.
22548 * *source code*: code as produced by a programmer and (in principle) readable by other programmers.
22549 * *source file*: a file containing source code.
22550 * *specification*: a description of what a piece of code should do.
22551 * *standard*: an officially agreed upon definition of something, such as a programming language.
22552 * *state*: a set of values.
22553 * *STL*: the containers, iterators, and algorithms part of the standard library.
22554 * *string*: a sequence of characters.
22555 * *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.
22556 * *subtype*: derived type; a type that has all the properties of a type and possibly more.
22557 * *supertype*: base type; a type that has a subset of the properties of a type.
22558 * *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.
22559 * *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.
22560 * *template*: a class or a function parameterized by one or more types or (compile-time) values; the basic C++ language construct supporting generic programming.
22561 * *testing*: a systematic search for errors in a program.
22562 * *trade-off*: the result of balancing several design and implementation criteria.
22563 * *truncation*: loss of information in a conversion from a type into another that cannot exactly represent the value to be converted.
22564 * *type*: something that defines a set of possible values and a set of operations for an object.
22565 * *uninitialized*: the (undefined) state of an object before it is initialized.
22566 * *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.
22567 * *use case*: a specific (typically simple) use of a program meant to test its functionality and demonstrate its purpose.
22568 * *value*: a set of bits in memory interpreted according to a type.
22569 * *variable*: a named object of a given type; contains a value unless uninitialized.
22570 * *virtual function*: a member function that can be overridden in a derived class.
22571 * *word*: a basic unit of memory in a computer, often the unit used to hold an integer.
22573 # <a name="S-unclassified"></a>To-do: Unclassified proto-rules
22575 This is our to-do list.
22576 Eventually, the entries will become rules or parts of rules.
22577 Alternatively, we will decide that no change is needed and delete the entry.
22579 * No long-distance friendship
22580 * Should physical design (what's in a file) and large-scale design (libraries, groups of libraries) be addressed?
22581 * Namespaces
22582 * Avoid using directives in the global scope (except for std, and other "fundamental" namespaces (e.g. experimental))
22583 * 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?
22584 * Should there be inline namespaces (à la `std::literals::*_literals`)?
22585 * Avoid implicit conversions
22586 * 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
22587 * Always initialize variables, use initialization lists for member variables.
22588 * 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. :)
22589 * Use `const`-ness wherever possible: member functions, variables and (yippee) `const_iterators`
22590 * Use `auto`
22591 * `(size)` vs. `{initializers}` vs. `{Extent{size}}`
22592 * Don't overabstract
22593 * Never pass a pointer down the call stack
22594 * falling through a function bottom
22595 * 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?
22596 * 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?
22597 * Speaking of lambdas, what would weigh in on the decision between lambdas and (local?) classes in algorithm calls and other callback scenarios?
22598 * 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?
22599 * What to do with leaks out of temporaries? : `p = (s1 + s2).c_str();`
22600 * pointer/iterator invalidation leading to dangling pointers:
22602         void bad()
22603         {
22604             int* p = new int[700];
22605             int* q = &p[7];
22606             delete p;
22608             vector<int> v(700);
22609             int* q2 = &v[7];
22610             v.resize(900);
22612             // ... use q and q2 ...
22613         }
22615 * LSP
22616 * private inheritance vs/and membership
22617 * avoid static class members variables (race conditions, almost-global variables)
22619 * Use RAII lock guards (`lock_guard`, `unique_lock`, `shared_lock`), never call `mutex.lock` and `mutex.unlock` directly (RAII)
22620 * Prefer non-recursive locks (often used to work around bad reasoning, overhead)
22621 * 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`?
22622 * If two or more mutexes must be acquired at the same time, use `std::lock` (or another deadlock avoidance algorithm?)
22623 * 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.
22624 * 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)
22625 * 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)
22626 * 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)
22628 * rules for arithmetic
22630 # Bibliography
22632 * <a name="Abrahams01"></a>
22633   \[Abrahams01]:  D. Abrahams. [Exception-Safety in Generic Components](http://www.boost.org/community/exception_safety.html).
22634 * <a name="Alexandrescu01"></a>
22635   \[Alexandrescu01]:  A. Alexandrescu. Modern C++ Design (Addison-Wesley, 2001).
22636 * <a name="Cplusplus03"></a>
22637   \[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).
22638 * <a name="Cargill92"></a>
22639   \[Cargill92]:       T. Cargill. C++ Programming Style (Addison-Wesley, 1992).
22640 * <a name="Cline99"></a>
22641   \[Cline99]:         M. Cline, G. Lomow, and M. Girou. C++ FAQs (2ndEdition) (Addison-Wesley, 1999).
22642 * <a name="Dewhurst03"></a>
22643   \[Dewhurst03]:      S. Dewhurst. C++ Gotchas (Addison-Wesley, 2003).
22644 * <a name="Henricson97"></a>
22645   \[Henricson97]:     M. Henricson and E. Nyquist. Industrial Strength C++ (Prentice Hall, 1997).
22646 * <a name="Koenig97"></a>
22647   \[Koenig97]:        A. Koenig and B. Moo. Ruminations on C++ (Addison-Wesley, 1997).
22648 * <a name="Lakos96"></a>
22649   \[Lakos96]:         J. Lakos. Large-Scale C++ Software Design (Addison-Wesley, 1996).
22650 * <a name="Meyers96"></a>
22651   \[Meyers96]:        S. Meyers. More Effective C++ (Addison-Wesley, 1996).
22652 * <a name="Meyers97"></a>
22653   \[Meyers97]:        S. Meyers. Effective C++ (2nd Edition) (Addison-Wesley, 1997).
22654 * <a name="Meyers01"></a>
22655   \[Meyers01]:        S. Meyers. Effective STL (Addison-Wesley, 2001).
22656 * <a name="Meyers05"></a>
22657   \[Meyers05]:        S. Meyers. Effective C++ (3rd Edition) (Addison-Wesley, 2005).
22658 * <a name="Meyers15"></a>
22659   \[Meyers15]:        S. Meyers. Effective Modern C++ (O'Reilly, 2015).
22660 * <a name="Murray93"></a>
22661   \[Murray93]:        R. Murray. C++ Strategies and Tactics (Addison-Wesley, 1993).
22662 * <a name="Stroustrup94"></a>
22663   \[Stroustrup94]:    B. Stroustrup. The Design and Evolution of C++ (Addison-Wesley, 1994).
22664 * <a name="Stroustrup00"></a>
22665   \[Stroustrup00]:    B. Stroustrup. The C++ Programming Language (Special 3rdEdition) (Addison-Wesley, 2000).
22666 * <a name="Stroustrup05"></a>
22667   \[Stroustrup05]:    B. Stroustrup. [A rationale for semantically enhanced library languages](http://www.stroustrup.com/SELLrationale.pdf).
22668 * <a name="Stroustrup13"></a>
22669   \[Stroustrup13]:    B. Stroustrup. [The C++ Programming Language (4th Edition)](http://www.stroustrup.com/4th.html). Addison Wesley 2013.
22670 * <a name="Stroustrup14"></a>
22671   \[Stroustrup14]:    B. Stroustrup. [A Tour of C++](http://www.stroustrup.com/Tour.html).
22672   Addison Wesley 2014.
22673 * <a name="Stroustrup15"></a>
22674   \[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).
22675 * <a name="SuttHysl04b"></a>
22676   \[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).
22677 * <a name="SuttAlex05"></a>
22678   \[SuttAlex05]:      H. Sutter and  A. Alexandrescu. C++ Coding Standards. Addison-Wesley 2005.
22679 * <a name="Sutter00"></a>
22680   \[Sutter00]:        H. Sutter. Exceptional C++ (Addison-Wesley, 2000).
22681 * <a name="Sutter02"></a>
22682   \[Sutter02]:        H. Sutter. More Exceptional C++ (Addison-Wesley, 2002).
22683 * <a name="Sutter04"></a>
22684   \[Sutter04]:        H. Sutter. Exceptional C++ Style (Addison-Wesley, 2004).
22685 * <a name="Taligent94"></a>
22686   \[Taligent94]: Taligent's Guide to Designing Programs (Addison-Wesley, 1994).