C.20: define a ctor to not imply we're forbidding all ctors
[CppCoreGuidelines.git] / CppCoreGuidelines.md
blobeda492ec1da5d5c7c803fd16ac28024482150844
1 # <a name="main"></a>C++ Core Guidelines
3 May 11, 2024
5 Editors:
7 * [Bjarne Stroustrup](http://www.stroustrup.com)
8 * [Herb Sutter](http://herbsutter.com/)
10 This is a living document under continuous improvement.
11 Had it been an open-source (code) project, this would have been release 0.8.
12 Copying, use, modification, and creation of derivative works from this project is licensed under an MIT-style license.
13 Contributing to this project requires agreeing to a Contributor License. See the accompanying [LICENSE](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/LICENSE) file for details.
14 We make this project available to "friendly users" to use, copy, modify, and derive from, hoping for constructive input.
16 Comments and suggestions for improvements are most welcome.
17 We plan to modify and extend this document as our understanding improves and the language and the set of available libraries improve.
18 When commenting, please note [the introduction](#S-introduction) that outlines our aims and general approach.
19 The list of contributors is [here](#SS-ack).
21 Problems:
23 * The sets of rules have not been completely checked for completeness, consistency, or enforceability.
24 * Triple question marks (???) mark known missing information
25 * Update reference sections; many pre-C++11 sources are too old.
26 * For a more-or-less up-to-date to-do list see: [To-do: Unclassified proto-rules](#S-unclassified)
28 You can [read an explanation of the scope and structure of this Guide](#S-abstract) or just jump straight in:
30 * [In: Introduction](#S-introduction)
31 * [P: Philosophy](#S-philosophy)
32 * [I: Interfaces](#S-interfaces)
33 * [F: Functions](#S-functions)
34 * [C: Classes and class hierarchies](#S-class)
35 * [Enum: Enumerations](#S-enum)
36 * [R: Resource management](#S-resource)
37 * [ES: Expressions and statements](#S-expr)
38 * [Per: Performance](#S-performance)
39 * [CP: Concurrency and parallelism](#S-concurrency)
40 * [E: Error handling](#S-errors)
41 * [Con: Constants and immutability](#S-const)
42 * [T: Templates and generic programming](#S-templates)
43 * [CPL: C-style programming](#S-cpl)
44 * [SF: Source files](#S-source)
45 * [SL: The Standard Library](#sl-the-standard-library)
47 Supporting sections:
49 * [A: Architectural ideas](#S-A)
50 * [NR: Non-Rules and myths](#S-not)
51 * [RF: References](#S-references)
52 * [Pro: Profiles](#S-profile)
53 * [GSL: Guidelines support library](#gsl-guidelines-support-library)
54 * [NL: Naming and layout suggestions](#S-naming)
55 * [FAQ: Answers to frequently asked questions](#S-faq)
56 * [Appendix A: Libraries](#S-libraries)
57 * [Appendix B: Modernizing code](#S-modernizing)
58 * [Appendix C: Discussion](#S-discussion)
59 * [Appendix D: Supporting tools](#S-tools)
60 * [Glossary](#S-glossary)
61 * [To-do: Unclassified proto-rules](#S-unclassified)
63 You can sample rules for specific language features:
65 * assignment:
66 [regular types](#Rc-regular) --
67 [prefer initialization](#Rc-initialize) --
68 [copy](#Rc-copy-semantic) --
69 [move](#Rc-move-semantic) --
70 [other operations](#Rc-matched) --
71 [default](#Rc-eqdefault)
72 * `class`:
73 [data](#Rc-org) --
74 [invariant](#Rc-struct) --
75 [members](#Rc-member) --
76 [helpers](#Rc-helper) --
77 [concrete types](#SS-concrete) --
78 [ctors, =, and dtors](#S-ctor) --
79 [hierarchy](#SS-hier) --
80 [operators](#SS-overload)
81 * `concept`:
82 [rules](#SS-concepts) --
83 [in generic programming](#Rt-raise) --
84 [template arguments](#Rt-concepts) --
85 [semantics](#Rt-low)
86 * constructor:
87 [invariant](#Rc-struct) --
88 [establish invariant](#Rc-ctor) --
89 [`throw`](#Rc-throw) --
90 [default](#Rc-default0) --
91 [not needed](#Rc-default) --
92 [`explicit`](#Rc-explicit) --
93 [delegating](#Rc-delegating) --
94 [`virtual`](#Rc-ctor-virtual)
95 * derived `class`:
96 [when to use](#Rh-domain) --
97 [as interface](#Rh-abstract) --
98 [destructors](#Rh-dtor) --
99 [copy](#Rh-copy) --
100 [getters and setters](#Rh-get) --
101 [multiple inheritance](#Rh-mi-interface) --
102 [overloading](#Rh-using) --
103 [slicing](#Rc-copy-virtual) --
104 [`dynamic_cast`](#Rh-dynamic_cast)
105 * destructor:
106 [and constructors](#Rc-matched) --
107 [when needed?](#Rc-dtor) --
108 [must not fail](#Rc-dtor-fail)
109 * exception:
110 [errors](#S-errors) --
111 [`throw`](#Re-throw) --
112 [for errors only](#Re-errors) --
113 [`noexcept`](#Re-noexcept) --
114 [minimize `try`](#Re-catch) --
115 [what if no exceptions?](#Re-no-throw-codes)
116 * `for`:
117 [range-for and for](#Res-for-range) --
118 [for and while](#Res-for-while) --
119 [for-initializer](#Res-for-init) --
120 [empty body](#Res-empty) --
121 [loop variable](#Res-loop-counter) --
122 [loop variable type ???](#Res-???)
123 * function:
124 [naming](#Rf-package) --
125 [single operation](#Rf-logical) --
126 [no throw](#Rf-noexcept) --
127 [arguments](#Rf-smart) --
128 [argument passing](#Rf-conventional) --
129 [multiple return values](#Rf-out-multi) --
130 [pointers](#Rf-return-ptr) --
131 [lambdas](#Rf-capture-vs-overload)
132 * `inline`:
133 [small functions](#Rf-inline) --
134 [in headers](#Rs-inline)
135 * initialization:
136 [always](#Res-always) --
137 [prefer `{}`](#Res-list) --
138 [lambdas](#Res-lambda-init) --
139 [default member initializers](#Rc-in-class-initializer) --
140 [class members](#Rc-initialize) --
141 [factory functions](#Rc-factory)
142 * lambda expression:
143 [when to use](#SS-lambdas)
144 * operator:
145 [conventional](#Ro-conventional) --
146 [avoid conversion operators](#Ro-conversion) --
147 [and lambdas](#Ro-lambda)
148 * `public`, `private`, and `protected`:
149 [information hiding](#Rc-private) --
150 [consistency](#Rh-public) --
151 [`protected`](#Rh-protected)
152 * `static_assert`:
153 [compile-time checking](#Rp-compile-time) --
154 [and concepts](#Rt-check-class)
155 * `struct`:
156 [for organizing data](#Rc-org) --
157 [use if no invariant](#Rc-struct) --
158 [no private members](#Rc-class)
159 * `template`:
160 [abstraction](#Rt-raise) --
161 [containers](#Rt-cont) --
162 [concepts](#Rt-concepts)
163 * `unsigned`:
164 [and signed](#Res-mix) --
165 [bit manipulation](#Res-unsigned)
166 * `virtual`:
167 [interfaces](#Ri-abstract) --
168 [not `virtual`](#Rc-concrete) --
169 [destructor](#Rc-dtor-virtual) --
170 [never fail](#Rc-dtor-fail)
172 You can look at design concepts used to express the rules:
174 * assertion: ???
175 * error: ???
176 * exception: exception guarantee (???)
177 * failure: ???
178 * invariant: ???
179 * leak: ???
180 * library: ???
181 * precondition: ???
182 * postcondition: ???
183 * resource: ???
185 # <a name="S-abstract"></a>Abstract
187 This document is a set of guidelines for using C++ well.
188 The aim of this document is to help people to use modern C++ effectively.
189 By "modern C++" we mean effective use of the ISO C++ standard (currently C++20, but almost all of our recommendations also apply to C++17, C++14 and C++11).
190 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?
192 The guidelines are focused on relatively high-level issues, such as interfaces, resource management, memory management, and concurrency.
193 Such rules affect application architecture and library design.
194 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.
195 And it will run fast -- you can afford to do things right.
197 We are less concerned with low-level issues, such as naming conventions and indentation style.
198 However, no topic that can help a programmer is out of bounds.
200 Our initial set of rules emphasizes safety (of various forms) and simplicity.
201 They might very well be too strict.
202 We expect to have to introduce more exceptions to better accommodate real-world needs.
203 We also need more rules.
205 You will find some of the rules contrary to your expectations or even contrary to your experience.
206 If we haven't suggested you change your coding style in any way, we have failed!
207 Please try to verify or disprove rules!
208 In particular, we'd really like to have some of our rules backed up with measurements or better examples.
210 You will find some of the rules obvious or even trivial.
211 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.
213 Many of the rules are designed to be supported by an analysis tool.
214 Violations of rules will be flagged with references (or links) to the relevant rule.
215 We do not expect you to memorize all the rules before trying to write code.
216 One way of thinking about these guidelines is as a specification for tools that happens to be readable by humans.
218 The rules are meant for gradual introduction into a code base.
219 We plan to build tools for that and hope others will too.
221 Comments and suggestions for improvements are most welcome.
222 We plan to modify and extend this document as our understanding improves and the language and the set of available libraries improve.
224 # <a name="S-introduction"></a>In: Introduction
226 This is a set of core guidelines for modern C++ (currently C++20 and C++17) taking likely future enhancements and ISO Technical Specifications (TSs) into account.
227 The aim is to help C++ programmers to write simpler, more efficient, more maintainable code.
229 Introduction summary:
231 * [In.target: Target readership](#SS-readers)
232 * [In.aims: Aims](#SS-aims)
233 * [In.not: Non-aims](#SS-non)
234 * [In.force: Enforcement](#SS-force)
235 * [In.struct: The structure of this document](#SS-struct)
236 * [In.sec: Major sections](#SS-sec)
238 ## <a name="SS-readers"></a>In.target: Target readership
240 All C++ programmers. This includes [programmers who might consider C](#S-cpl).
242 ## <a name="SS-aims"></a>In.aims: Aims
244 The purpose of this document is to help developers to adopt modern C++ (currently C++20 and C++17) and to achieve a more uniform style across code bases.
246 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.
247 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").
248 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.
249 Remember:
251 ### <a name="R0"></a>In.0: Don't panic!
253 Take the time to understand the implications of a guideline rule on your program.
255 These guidelines are designed according to the "subset of superset" principle ([Stroustrup05](#Stroustrup05)).
256 They do not simply define a subset of C++ to be used (for reliability, safety, performance, or whatever).
257 Instead, they strongly recommend the use of a few simple "extensions" ([library components](#gsl-guidelines-support-library))
258 that make the use of the most error-prone features of C++ redundant, so that they can be banned (in our set of rules).
260 The rules emphasize static type safety and resource safety.
261 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).
262 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.
264 Many of the rules are prescriptive.
265 We are uncomfortable with rules that simply state "don't do that!" without offering an alternative.
266 One consequence of that is that some rules can be supported only by heuristics, rather than precise and mechanically verifiable checks.
267 Other rules articulate general principles. For these more general rules, more detailed and specific rules provide partial checking.
269 These guidelines address the core of C++ and its use.
270 We expect that most large organizations, specific application areas, and even large projects will need further rules, possibly further restrictions, and further library support.
271 For example, hard-real-time programmers typically can't use free store (dynamic memory) freely and will be restricted in their choice of libraries.
272 We encourage the development of such more specific rules as addenda to these core guidelines.
273 Build your ideal small foundation library and use that, rather than lowering your level of programming to glorified assembly code.
275 The rules are designed to allow [gradual adoption](#S-modernizing).
277 Some rules aim to increase various forms of safety while others aim to reduce the likelihood of accidents, many do both.
278 The guidelines aimed at preventing accidents often ban perfectly legal C++.
279 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.
281 ## <a name="SS-non"></a>In.not: Non-aims
283 The rules are not intended to be minimal or orthogonal.
284 In particular, general rules can be simple, but unenforceable.
285 Also, it is often hard to understand the implications of a general rule.
286 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.
287 We provide rules aimed at helping novices as well as rules supporting expert use.
288 Some rules can be completely enforced, but others are based on heuristics.
290 These rules are not meant to be read serially, like a book.
291 You can browse through them using the links.
292 However, their main intended use is to be targets for tools.
293 That is, a tool looks for violations and the tool returns links to violated rules.
294 The rules then provide reasons, examples of potential consequences of the violation, and suggested remedies.
296 These guidelines are not intended to be a substitute for a tutorial treatment of C++.
297 If you need a tutorial for some given level of experience, see [the references](#S-references).
299 This is not a guide on how to convert old C++ code to more modern code.
300 It is meant to articulate ideas for new code in a concrete fashion.
301 However, see [the modernization section](#S-modernizing) for some possible approaches to modernizing/rejuvenating/upgrading.
302 Importantly, the rules support gradual adoption: It is typically infeasible to completely convert a large code base all at once.
304 These guidelines are not meant to be complete or exact in every language-technical detail.
305 For the final word on language definition issues, including every exception to general rules and every feature, see the ISO C++ standard.
307 The rules are not intended to force you to write in an impoverished subset of C++.
308 They are *emphatically* not meant to define a, say, Java-like subset of C++.
309 They are not meant to define a single "one true C++" language.
310 We value expressiveness and uncompromised performance.
312 The rules are not value-neutral.
313 They are meant to make code simpler and more correct/safer than most existing C++ code, without loss of performance.
314 They are meant to inhibit perfectly valid C++ code that correlates with errors, spurious complexity, and poor performance.
316 The rules are not precise to the point where a person (or machine) can follow them without thinking.
317 The enforcement parts try to be that, but we would rather leave a rule or a definition a bit vague
318 and open to interpretation than specify something precisely and wrong.
319 Sometimes, precision comes only with time and experience.
320 Design is not (yet) a form of Math.
322 The rules are not perfect.
323 A rule can do harm by prohibiting something that is useful in a given situation.
324 A rule can do harm by failing to prohibit something that enables a serious error in a given situation.
325 A rule can do a lot of harm by being vague, ambiguous, unenforceable, or by enabling every solution to a problem.
326 It is impossible to completely meet the "do no harm" criteria.
327 Instead, our aim is the less ambitious: "Do the most good for most programmers";
328 if you cannot live with a rule, object to it, ignore it, but don't water it down until it becomes meaningless.
329 Also, suggest an improvement.
331 ## <a name="SS-force"></a>In.force: Enforcement
333 Rules with no enforcement are unmanageable for large code bases.
334 Enforcement of all rules is possible only for a small weak set of rules or for a specific user community.
336 * But we want lots of rules, and we want rules that everybody can use.
337 * But different people have different needs.
338 * But people don't like to read lots of rules.
339 * But people can't remember many rules.
341 So, we need subsetting to meet a variety of needs.
343 * But arbitrary subsetting leads to chaos.
345 We want guidelines that help a lot of people, make code more uniform, and strongly encourage people to modernize their code.
346 We want to encourage best practices, rather than leave all to individual choices and management pressures.
347 The ideal is to use all rules; that gives the greatest benefits.
349 This adds up to quite a few dilemmas.
350 We try to resolve those using tools.
351 Each rule has an **Enforcement** section listing ideas for enforcement.
352 Enforcement might be done by code review, by static analysis, by compiler, or by run-time checks.
353 Wherever possible, we prefer "mechanical" checking (humans are slow, inaccurate, and bore easily) and static checking.
354 Run-time checks are suggested only rarely where no alternative exists; we do not want to introduce "distributed bloat".
355 Where appropriate, we label a rule (in the **Enforcement** sections) with the name of groups of related rules (called "profiles").
356 A rule can be part of several profiles, or none.
357 For a start, we have a few profiles corresponding to common needs (desires, ideals):
359 * **type**: No type violations (reinterpreting a `T` as a `U` through casts, unions, or varargs)
360 * **bounds**: No bounds violations (accessing beyond the range of an array)
361 * **lifetime**: No leaks (failing to `delete` or multiple `delete`) and no access to invalid objects (dereferencing `nullptr`, using a dangling reference).
363 The profiles are intended to be used by tools, but also serve as an aid to the human reader.
364 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.
366 Tools that implement these rules shall respect the following syntax to explicitly suppress a rule:
368     [[gsl::suppress("tag")]]
370 and optionally with a message (following usual C++11 standard attribute syntax):
372     [[gsl::suppress("tag", justification: "message")]]
374 where
376 * `"tag"` is a string literal with the anchor name of the item where the Enforcement rule appears (e.g., for [C.134](#Rh-public) it is "Rh-public"), the
377 name of a profile group-of-rules ("type", "bounds", or "lifetime"),
378 or a specific rule in a profile ([type.4](#Pro-type-cstylecast), or [bounds.2](#Pro-bounds-arrayindex)). Any text that is not one of those should be rejected.
380 * `"message"` is a string literal
382 ## <a name="SS-struct"></a>In.struct: The structure of this document
384 Each rule (guideline, suggestion) can have several parts:
386 * The rule itself -- e.g., **no naked `new`**
387 * A rule reference number -- e.g., **C.7** (the 7th rule related to classes).
388   Since the major sections are not inherently ordered, we use letters as the first part of a rule reference "number".
389   We leave gaps in the numbering to minimize "disruption" when we add or remove rules.
390 * **Reason**s (rationales) -- because programmers find it hard to follow rules they don't understand
391 * **Example**s -- because rules are hard to understand in the abstract; can be positive or negative
392 * **Alternative**s -- for "don't do this" rules
393 * **Exception**s -- we prefer simple general rules. However, many rules apply widely, but not universally, so exceptions must be listed
394 * **Enforcement** -- ideas about how the rule might be checked "mechanically"
395 * **See also**s -- references to related rules and/or further discussion (in this document or elsewhere)
396 * **Note**s (comments) -- something that needs saying that doesn't fit the other classifications
397 * **Discussion** -- references to more extensive rationale and/or examples placed outside the main lists of rules
399 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.
400 We hope that "mechanical" tools will improve with time to approximate what such an expert programmer notices.
401 Also, we assume that the rules will be refined over time to make them more precise and checkable.
403 A rule is aimed at being simple, rather than carefully phrased to mention every alternative and special case.
404 Such information is found in the **Alternative** paragraphs and the [Discussion](#S-discussion) sections.
405 If you don't understand a rule or disagree with it, please visit its **Discussion**.
406 If you feel that a discussion is missing or incomplete, enter an [Issue](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/issues)
407 explaining your concerns and possibly a corresponding PR.
409 Examples are written to illustrate rules.
411 * Examples are not intended to be production quality or to cover all tutorial dimensions.
412 For example, many examples are language-technical and use names like `f`, `base`, and `x`.
413 * We try to ensure that "good" examples follow the Core Guidelines.
414 * Comments are often illustrating rules where they would be unnecessary and/or distracting in "real code."
415 * We assume knowledge of the standard library. For example, we use plain `vector` rather than `std::vector`.
417 This is not a language manual.
418 It is meant to be helpful, rather than complete, fully accurate on technical details, or a guide to existing code.
419 Recommended information sources can be found in [the references](#S-references).
421 ## <a name="SS-sec"></a>In.sec: Major sections
423 * [In: Introduction](#S-introduction)
424 * [P: Philosophy](#S-philosophy)
425 * [I: Interfaces](#S-interfaces)
426 * [F: Functions](#S-functions)
427 * [C: Classes and class hierarchies](#S-class)
428 * [Enum: Enumerations](#S-enum)
429 * [R: Resource management](#S-resource)
430 * [ES: Expressions and statements](#S-expr)
431 * [Per: Performance](#S-performance)
432 * [CP: Concurrency and parallelism](#S-concurrency)
433 * [E: Error handling](#S-errors)
434 * [Con: Constants and immutability](#S-const)
435 * [T: Templates and generic programming](#S-templates)
436 * [CPL: C-style programming](#S-cpl)
437 * [SF: Source files](#S-source)
438 * [SL: The Standard Library](#sl-the-standard-library)
440 Supporting sections:
442 * [A: Architectural ideas](#S-A)
443 * [NR: Non-Rules and myths](#S-not)
444 * [RF: References](#S-references)
445 * [Pro: Profiles](#S-profile)
446 * [GSL: Guidelines support library](#gsl-guidelines-support-library)
447 * [NL: Naming and layout suggestions](#S-naming)
448 * [FAQ: Answers to frequently asked questions](#S-faq)
449 * [Appendix A: Libraries](#S-libraries)
450 * [Appendix B: Modernizing code](#S-modernizing)
451 * [Appendix C: Discussion](#S-discussion)
452 * [Appendix D: Supporting tools](#S-tools)
453 * [Glossary](#S-glossary)
454 * [To-do: Unclassified proto-rules](#S-unclassified)
456 These sections are not orthogonal.
458 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.
459 The main section abbreviations are also used in rule numbers (e.g., "C.11" for "Make concrete types regular").
461 # <a name="S-philosophy"></a>P: Philosophy
463 The rules in this section are very general.
465 Philosophy rules summary:
467 * [P.1: Express ideas directly in code](#Rp-direct)
468 * [P.2: Write in ISO Standard C++](#Rp-Cplusplus)
469 * [P.3: Express intent](#Rp-what)
470 * [P.4: Ideally, a program should be statically type safe](#Rp-typesafe)
471 * [P.5: Prefer compile-time checking to run-time checking](#Rp-compile-time)
472 * [P.6: What cannot be checked at compile time should be checkable at run time](#Rp-run-time)
473 * [P.7: Catch run-time errors early](#Rp-early)
474 * [P.8: Don't leak any resources](#Rp-leak)
475 * [P.9: Don't waste time or space](#Rp-waste)
476 * [P.10: Prefer immutable data to mutable data](#Rp-mutable)
477 * [P.11: Encapsulate messy constructs, rather than spreading through the code](#Rp-library)
478 * [P.12: Use supporting tools as appropriate](#Rp-tools)
479 * [P.13: Use support libraries as appropriate](#Rp-lib)
481 Philosophical rules are generally not mechanically checkable.
482 However, individual rules reflecting these philosophical themes are.
483 Without a philosophical basis, the more concrete/specific/checkable rules lack rationale.
485 ### <a name="Rp-direct"></a>P.1: Express ideas directly in code
487 ##### Reason
489 Compilers don't read comments (or design documents) and neither do many programmers (consistently).
490 What is expressed in code has defined semantics and can (in principle) be checked by compilers and other tools.
492 ##### Example
494     class Date {
495     public:
496         Month month() const;  // do
497         int month();          // don't
498         // ...
499     };
501 The first declaration of `month` is explicit about returning a `Month` and about not modifying the state of the `Date` object.
502 The second version leaves the reader guessing and opens more possibilities for uncaught bugs.
504 ##### Example, bad
506 This loop is a restricted form of `std::find`:
508     void f(vector<string>& v)
509     {
510         string val;
511         cin >> val;
512         // ...
513         int index = -1;                    // bad, plus should use gsl::index
514         for (int i = 0; i < v.size(); ++i) {
515             if (v[i] == val) {
516                 index = i;
517                 break;
518             }
519         }
520         // ...
521     }
523 ##### Example, good
525 A much clearer expression of intent would be:
527     void f(vector<string>& v)
528     {
529         string val;
530         cin >> val;
531         // ...
532         auto p = find(begin(v), end(v), val);  // better
533         // ...
534     }
536 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.
538 A C++ programmer should know the basics of the standard library, and use it where appropriate.
539 Any programmer should know the basics of the foundation libraries of the project being worked on, and use them appropriately.
540 Any programmer using these guidelines should know the [guidelines support library](#gsl-guidelines-support-library), and use it appropriately.
542 ##### Example
544     change_speed(double s);   // bad: what does s signify?
545     // ...
546     change_speed(2.3);
548 A better approach is to be explicit about the meaning of the double (new speed or delta on old speed?) and the unit used:
550     change_speed(Speed s);    // better: the meaning of s is specified
551     // ...
552     change_speed(2.3);        // error: no unit
553     change_speed(23_m / 10s);  // meters per second
555 We could have accepted a plain (unit-less) `double` as a delta, but that would have been error-prone.
556 If we wanted both absolute speed and deltas, we would have defined a `Delta` type.
558 ##### Enforcement
560 Very hard in general.
562 * use `const` consistently (check if member functions modify their object; check if functions modify arguments passed by pointer or reference)
563 * flag uses of casts (casts neuter the type system)
564 * detect code that mimics the standard library (hard)
566 ### <a name="Rp-Cplusplus"></a>P.2: Write in ISO Standard C++
568 ##### Reason
570 This is a set of guidelines for writing ISO Standard C++.
572 ##### Note
574 There are environments where extensions are necessary, e.g., to access system resources.
575 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.
577 Extensions often do not have rigorously defined semantics.  Even extensions that
578 are common and implemented by multiple compilers might have slightly different
579 behaviors and edge case behavior as a direct result of *not* having a rigorous
580 standard definition.  With sufficient use of any such extension, expected
581 portability will be impacted.
583 ##### Note
585 Using valid ISO C++ does not guarantee portability (let alone correctness).
586 Avoid dependence on undefined behavior (e.g., [undefined order of evaluation](#Res-order))
587 and be aware of constructs with implementation defined meaning (e.g., `sizeof(int)`).
589 ##### Note
591 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.
592 In such cases, control their (dis)use with an extension of these Coding Guidelines customized to the specific environment.
594 ##### Enforcement
596 Use an up-to-date C++ compiler (currently C++20 or C++17) with a set of options that do not accept extensions.
598 ### <a name="Rp-what"></a>P.3: Express intent
600 ##### Reason
602 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.
604 ##### Example
606     gsl::index i = 0;
607     while (i < v.size()) {
608         // ... do something with v[i] ...
609     }
611 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.
613 Better:
615     for (const auto& x : v) { /* do something with the value of x */ }
617 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:
619     for (auto& x : v) { /* modify x */ }
621 For more details about for-statements, see [ES.71](#Res-for-range).
622 Sometimes better still, use a named algorithm. This example uses the `for_each` from the Ranges TS because it directly expresses the intent:
624     for_each(v, [](int x) { /* do something with the value of x */ });
625     for_each(par, v, [](int x) { /* do something with the value of x */ });
627 The last variant makes it clear that we are not interested in the order in which the elements of `v` are handled.
629 A programmer should be familiar with
631 * [The guidelines support library](#gsl-guidelines-support-library)
632 * [The ISO C++ Standard Library](#sl-the-standard-library)
633 * Whatever foundation libraries are used for the current project(s)
635 ##### Note
637 Alternative formulation: Say what should be done, rather than just how it should be done.
639 ##### Note
641 Some language constructs express intent better than others.
643 ##### Example
645 If two `int`s are meant to be the coordinates of a 2D point, say so:
647     draw_line(int, int, int, int);  // obscure: (x1,y1,x2,y2)? (x,y,h,w)? ...?
648                                     // need to look up documentation to know
650     draw_line(Point, Point);        // clearer
652 ##### Enforcement
654 Look for common patterns for which there are better alternatives
656 * simple `for` loops vs. range-`for` loops
657 * `f(T*, int)` interfaces vs. `f(span<T>)` interfaces
658 * loop variables in too large a scope
659 * naked `new` and `delete`
660 * functions with many parameters of built-in types
662 There is a huge scope for cleverness and semi-automated program transformation.
664 ### <a name="Rp-typesafe"></a>P.4: Ideally, a program should be statically type safe
666 ##### Reason
668 Ideally, a program would be completely statically (compile-time) type safe.
669 Unfortunately, that is not possible. Problem areas:
671 * unions
672 * casts
673 * array decay
674 * range errors
675 * narrowing conversions
677 ##### Note
679 These areas are sources of serious problems (e.g., crashes and security violations).
680 We try to provide alternative techniques.
682 ##### Enforcement
684 We can ban, restrain, or detect the individual problem categories separately, as required and feasible for individual programs.
685 Always suggest an alternative.
686 For example:
688 * unions -- use `variant` (in C++17)
689 * casts -- minimize their use; templates can help
690 * array decay -- use `span` (from the GSL)
691 * range errors -- use `span`
692 * narrowing conversions -- minimize their use and use `narrow` or `narrow_cast` (from the GSL) where they are necessary
694 ### <a name="Rp-compile-time"></a>P.5: Prefer compile-time checking to run-time checking
696 ##### Reason
698 Code clarity and performance.
699 You don't need to write error handlers for errors caught at compile time.
701 ##### Example
703     // Int is an alias used for integers
704     int bits = 0;         // don't: avoidable code
705     for (Int i = 1; i; i <<= 1)
706         ++bits;
707     if (bits < 32)
708         cerr << "Int too small\n";
710 This example fails to achieve what it is trying to achieve (because overflow is undefined) and should be replaced with a simple `static_assert`:
712     // Int is an alias used for integers
713     static_assert(sizeof(Int) >= 4);    // do: compile-time check
715 Or better still just use the type system and replace `Int` with `int32_t`.
717 ##### Example
719     void read(int* p, int n);   // read max n integers into *p
721     int a[100];
722     read(a, 1000);    // bad, off the end
724 better
726     void read(span<int> r); // read into the range of integers r
728     int a[100];
729     read(a);        // better: let the compiler figure out the number of elements
731 **Alternative formulation**: Don't postpone to run time what can be done well at compile time.
733 ##### Enforcement
735 * Look for pointer arguments.
736 * Look for run-time checks for range violations.
738 ### <a name="Rp-run-time"></a>P.6: What cannot be checked at compile time should be checkable at run time
740 ##### Reason
742 Leaving hard-to-detect errors in a program is asking for crashes and bad results.
744 ##### Note
746 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).
748 ##### Example, bad
750     // separately compiled, possibly dynamically loaded
751     extern void f(int* p);
753     void g(int n)
754     {
755         // bad: the number of elements is not passed to f()
756         f(new int[n]);
757     }
759 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.
761 ##### Example, bad
763 We can of course pass the number of elements along with the pointer:
765     // separately compiled, possibly dynamically loaded
766     extern void f2(int* p, int n);
768     void g2(int n)
769     {
770         f2(new int[n], m);  // bad: a wrong number of elements can be passed to f()
771     }
773 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.
775 Also, it is implicit that `f2()` is supposed to `delete` its argument (or did the caller make a second mistake?).
777 ##### Example, bad
779 The standard library resource management pointers fail to pass the size when they point to an object:
781     // separately compiled, possibly dynamically loaded
782     // NB: this assumes the calling code is ABI-compatible, using a
783     // compatible C++ compiler and the same stdlib implementation
784     extern void f3(unique_ptr<int[]>, int n);
786     void g3(int n)
787     {
788         f3(make_unique<int[]>(n), m);    // bad: pass ownership and size separately
789     }
791 ##### Example
793 We need to pass the pointer and the number of elements as an integral object:
795     extern void f4(vector<int>&);   // separately compiled, possibly dynamically loaded
796     extern void f4(span<int>);      // separately compiled, possibly dynamically loaded
797                                     // NB: this assumes the calling code is ABI-compatible, using a
798                                     // compatible C++ compiler and the same stdlib implementation
800     void g3(int n)
801     {
802         vector<int> v(n);
803         f4(v);                     // pass a reference, retain ownership
804         f4(span<int>{v});          // pass a view, retain ownership
805     }
807 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.
809 ##### Example
811 How do we transfer both ownership and all information needed for validating use?
813     vector<int> f5(int n)    // OK: move
814     {
815         vector<int> v(n);
816         // ... initialize v ...
817         return v;
818     }
820     unique_ptr<int[]> f6(int n)    // bad: loses n
821     {
822         auto p = make_unique<int[]>(n);
823         // ... initialize *p ...
824         return p;
825     }
827     owner<int*> f7(int n)    // bad: loses n and we might forget to delete
828     {
829         owner<int*> p = new int[n];
830         // ... initialize *p ...
831         return p;
832     }
834 ##### Example
836 * ???
837 * show how possible checks are avoided by interfaces that pass polymorphic base classes around, when they actually know what they need?
838   Or strings as "free-style" options
840 ##### Enforcement
842 * Flag (pointer, count)-style interfaces (this will flag a lot of examples that can't be fixed for compatibility reasons)
843 * ???
845 ### <a name="Rp-early"></a>P.7: Catch run-time errors early
847 ##### Reason
849 Avoid "mysterious" crashes.
850 Avoid errors leading to (possibly unrecognized) wrong results.
852 ##### Example
854     void increment1(int* p, int n)    // bad: error-prone
855     {
856         for (int i = 0; i < n; ++i) ++p[i];
857     }
859     void use1(int m)
860     {
861         const int n = 10;
862         int a[n] = {};
863         // ...
864         increment1(a, m);   // maybe typo, maybe m <= n is supposed
865                             // but assume that m == 20
866         // ...
867     }
869 Here we made a small error in `use1` that will lead to corrupted data or a crash.
870 The (pointer, count)-style interface leaves `increment1()` with no realistic way of defending itself against out-of-range errors.
871 If we could check subscripts for out of range access, then the error would not be discovered until `p[10]` was accessed.
872 We could check earlier and improve the code:
874     void increment2(span<int> p)
875     {
876         for (int& x : p) ++x;
877     }
879     void use2(int m)
880     {
881         const int n = 10;
882         int a[n] = {};
883         // ...
884         increment2({a, m});    // maybe typo, maybe m <= n is supposed
885         // ...
886     }
888 Now, `m <= n` can be checked at the point of call (early) rather than later.
889 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):
891     void use3(int m)
892     {
893         const int n = 10;
894         int a[n] = {};
895         // ...
896         increment2(a);   // the number of elements of a need not be repeated
897         // ...
898     }
900 ##### Example, bad
902 Don't repeatedly check the same value. Don't pass structured data as strings:
904     Date read_date(istream& is);    // read date from istream
906     Date extract_date(const string& s);    // extract date from string
908     void user1(const string& date)    // manipulate date
909     {
910         auto d = extract_date(date);
911         // ...
912     }
914     void user2()
915     {
916         Date d = read_date(cin);
917         // ...
918         user1(d.to_string());
919         // ...
920     }
922 The date is validated twice (by the `Date` constructor) and passed as a character string (unstructured data).
924 ##### Example
926 Excess checking can be costly.
927 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)`).
929     class Jet {    // Physics says: e * e < x * x + y * y + z * z
930         float x;
931         float y;
932         float z;
933         float e;
934     public:
935         Jet(float x, float y, float z, float e)
936             :x(x), y(y), z(z), e(e)
937         {
938             // Should I check here that the values are physically meaningful?
939         }
941         float m() const
942         {
943             // Should I handle the degenerate case here?
944             return sqrt(x * x + y * y + z * z - e * e);
945         }
947         ???
948     };
950 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.
954 ##### Enforcement
956 * Look at pointers and arrays: Do range-checking early and not repeatedly
957 * Look at conversions: Eliminate or mark narrowing conversions
958 * Look for unchecked values coming from input
959 * Look for structured data (objects of classes with invariants) being converted into strings
960 * ???
962 ### <a name="Rp-leak"></a>P.8: Don't leak any resources
964 ##### Reason
966 Even a slow growth in resources will, over time, exhaust the availability of those resources.
967 This is particularly important for long-running programs, but is an essential piece of responsible programming behavior.
969 ##### Example, bad
971     void f(char* name)
972     {
973         FILE* input = fopen(name, "r");
974         // ...
975         if (something) return;   // bad: if something == true, a file handle is leaked
976         // ...
977         fclose(input);
978     }
980 Prefer [RAII](#Rr-raii):
982     void f(char* name)
983     {
984         ifstream input {name};
985         // ...
986         if (something) return;   // OK: no leak
987         // ...
988     }
990 **See also**: [The resource management section](#S-resource)
992 ##### Note
994 A leak is colloquially "anything that isn't cleaned up."
995 The more important classification is "anything that can no longer be cleaned up."
996 For example, allocating an object on the heap and then losing the last pointer that points to that allocation.
997 This rule should not be taken as requiring that allocations within long-lived objects must be returned during program shutdown.
998 For example, relying on system guaranteed cleanup such as file closing and memory deallocation upon process shutdown can simplify code.
999 However, relying on abstractions that implicitly clean up can be as simple, and often safer.
1001 ##### Note
1003 Enforcing [the lifetime safety profile](#SS-lifetime) eliminates leaks.
1004 When combined with resource safety provided by [RAII](#Rr-raii), it eliminates the need for "garbage collection" (by generating no garbage).
1005 Combine this with enforcement of [the type and bounds profiles](#SS-force) and you get complete type- and resource-safety, guaranteed by tools.
1007 ##### Enforcement
1009 * Look at pointers: Classify them into non-owners (the default) and owners.
1010   Where feasible, replace owners with standard-library resource handles (as in the example above).
1011   Alternatively, mark an owner as such using `owner` from [the GSL](#gsl-guidelines-support-library).
1012 * Look for naked `new` and `delete`
1013 * Look for known resource allocating functions returning raw pointers (such as `fopen`, `malloc`, and `strdup`)
1015 ### <a name="Rp-waste"></a>P.9: Don't waste time or space
1017 ##### Reason
1019 This is C++.
1021 ##### Note
1023 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.
1024 "Another benefit of striving for efficiency is that the process forces you to understand the problem in more depth." - Alex Stepanov
1026 ##### Example, bad
1028     struct X {
1029         char ch;
1030         int i;
1031         string s;
1032         char ch2;
1034         X& operator=(const X& a);
1035         X(const X&);
1036     };
1038     X waste(const char* p)
1039     {
1040         if (!p) throw Nullptr_error{};
1041         int n = strlen(p);
1042         auto buf = new char[n];
1043         if (!buf) throw Allocation_error{};
1044         for (int i = 0; i < n; ++i) buf[i] = p[i];
1045         // ... manipulate buffer ...
1046         X x;
1047         x.ch = 'a';
1048         x.s = string(n);    // give x.s space for *p
1049         for (gsl::index i = 0; i < x.s.size(); ++i) x.s[i] = buf[i];  // copy buf into x.s
1050         delete[] buf;
1051         return x;
1052     }
1054     void driver()
1055     {
1056         X x = waste("Typical argument");
1057         // ...
1058     }
1060 Yes, this is a caricature, but we have seen every individual mistake in production code, and worse.
1061 Note that the layout of `X` guarantees that at least 6 bytes (and most likely more) are wasted.
1062 The spurious definition of copy operations disables move semantics so that the return operation is slow
1063 (please note that the Return Value Optimization, RVO, is not guaranteed here).
1064 The use of `new` and `delete` for `buf` is redundant; if we really needed a local string, we should use a local `string`.
1065 There are several more performance bugs and gratuitous complication.
1067 ##### Example, bad
1069     void lower(zstring s)
1070     {
1071         for (int i = 0; i < strlen(s); ++i) s[i] = tolower(s[i]);
1072     }
1074 This is actually an example from production code.
1075 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.
1077 ##### Note
1079 An individual example of waste is rarely significant, and where it is significant, it is typically easily eliminated by an expert.
1080 However, waste spread liberally across a code base can easily be significant and experts are not always as available as we would like.
1081 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.
1082 After that, we can look at waste related to algorithms and requirements, but that is beyond the scope of these guidelines.
1084 ##### Enforcement
1086 Many more specific rules aim at the overall goals of simplicity and elimination of gratuitous waste.
1088 * 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.)
1091 ### <a name="Rp-mutable"></a>P.10: Prefer immutable data to mutable data
1093 ##### Reason
1095 It is easier to reason about constants than about variables.
1096 Something immutable cannot change unexpectedly.
1097 Sometimes immutability enables better optimization.
1098 You can't have a data race on a constant.
1100 See [Con: Constants and immutability](#S-const)
1102 ### <a name="Rp-library"></a>P.11: Encapsulate messy constructs, rather than spreading through the code
1104 ##### Reason
1106 Messy code is more likely to hide bugs and harder to write.
1107 A good interface is easier and safer to use.
1108 Messy, low-level code breeds more such code.
1110 ##### Example
1112     int sz = 100;
1113     int* p = (int*) malloc(sizeof(int) * sz);
1114     int count = 0;
1115     // ...
1116     for (;;) {
1117         // ... read an int into x, exit loop if end of file is reached ...
1118         // ... check that x is valid ...
1119         if (count == sz)
1120             p = (int*) realloc(p, sizeof(int) * sz * 2);
1121         p[count++] = x;
1122         // ...
1123     }
1125 This is low-level, verbose, and error-prone.
1126 For example, we "forgot" to test for memory exhaustion.
1127 Instead, we could use `vector`:
1129     vector<int> v;
1130     v.reserve(100);
1131     // ...
1132     for (int x; cin >> x; ) {
1133         // ... check that x is valid ...
1134         v.push_back(x);
1135     }
1137 ##### Note
1139 The standards library and the GSL are examples of this philosophy.
1140 For example, instead of messing with the arrays, unions, cast, tricky lifetime issues, `gsl::owner`, etc.,
1141 that are needed to implement key abstractions, such as `vector`, `span`, `lock_guard`, and `future`, we use the libraries
1142 designed and implemented by people with more time and expertise than we usually have.
1143 Similarly, we can and should design and implement more specialized libraries, rather than leaving the users (often ourselves)
1144 with the challenge of repeatedly getting low-level code well.
1145 This is a variant of the [subset of superset principle](#R0) that underlies these guidelines.
1147 ##### Enforcement
1149 * Look for "messy code" such as complex pointer manipulation and casting outside the implementation of abstractions.
1152 ### <a name="Rp-tools"></a>P.12: Use supporting tools as appropriate
1154 ##### Reason
1156 There are many things that are done better "by machine".
1157 Computers don't tire or get bored by repetitive tasks.
1158 We typically have better things to do than repeatedly do routine tasks.
1160 ##### Example
1162 Run a static analyzer to verify that your code follows the guidelines you want it to follow.
1164 ##### Note
1168 * [Static analysis tools](https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_tools_for_static_code_analysis)
1169 * [Concurrency tools](#Rconc-tools)
1170 * [Testing tools](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/tree/master)
1172 There are many other kinds of tools, such as source code repositories, build tools, etc.,
1173 but those are beyond the scope of these guidelines.
1175 ##### Note
1177 Be careful not to become dependent on over-elaborate or over-specialized tool chains.
1178 Those can make your otherwise portable code non-portable.
1181 ### <a name="Rp-lib"></a>P.13: Use support libraries as appropriate
1183 ##### Reason
1185 Using a well-designed, well-documented, and well-supported library saves time and effort;
1186 its quality and documentation are likely to be greater than what you could do
1187 if the majority of your time must be spent on an implementation.
1188 The cost (time, effort, money, etc.) of a library can be shared over many users.
1189 A widely used library is more likely to be kept up-to-date and ported to new systems than an individual application.
1190 Knowledge of a widely-used library can save time on other/future projects.
1191 So, if a suitable library exists for your application domain, use it.
1193 ##### Example
1195     std::sort(begin(v), end(v), std::greater<>());
1197 Unless you are an expert in sorting algorithms and have plenty of time,
1198 this is more likely to be correct and to run faster than anything you write for a specific application.
1199 You need a reason not to use the standard library (or whatever foundational libraries your application uses) rather than a reason to use it.
1201 ##### Note
1203 By default use
1205 * The [ISO C++ Standard Library](#sl-the-standard-library)
1206 * The [Guidelines Support Library](#gsl-guidelines-support-library)
1208 ##### Note
1210 If no well-designed, well-documented, and well-supported library exists for an important domain,
1211 maybe you should design and implement it, and then use it.
1214 # <a name="S-interfaces"></a>I: Interfaces
1216 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.
1217 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.
1219 Interface rule summary:
1221 * [I.1: Make interfaces explicit](#Ri-explicit)
1222 * [I.2: Avoid non-`const` global variables](#Ri-global)
1223 * [I.3: Avoid singletons](#Ri-singleton)
1224 * [I.4: Make interfaces precisely and strongly typed](#Ri-typed)
1225 * [I.5: State preconditions (if any)](#Ri-pre)
1226 * [I.6: Prefer `Expects()` for expressing preconditions](#Ri-expects)
1227 * [I.7: State postconditions](#Ri-post)
1228 * [I.8: Prefer `Ensures()` for expressing postconditions](#Ri-ensures)
1229 * [I.9: If an interface is a template, document its parameters using concepts](#Ri-concepts)
1230 * [I.10: Use exceptions to signal a failure to perform a required task](#Ri-except)
1231 * [I.11: Never transfer ownership by a raw pointer (`T*`) or reference (`T&`)](#Ri-raw)
1232 * [I.12: Declare a pointer that must not be null as `not_null`](#Ri-nullptr)
1233 * [I.13: Do not pass an array as a single pointer](#Ri-array)
1234 * [I.22: Avoid complex initialization of global objects](#Ri-global-init)
1235 * [I.23: Keep the number of function arguments low](#Ri-nargs)
1236 * [I.24: Avoid adjacent parameters that can be invoked by the same arguments in either order with different meaning](#Ri-unrelated)
1237 * [I.25: Prefer empty abstract classes as interfaces to class hierarchies](#Ri-abstract)
1238 * [I.26: If you want a cross-compiler ABI, use a C-style subset](#Ri-abi)
1239 * [I.27: For stable library ABI, consider the Pimpl idiom](#Ri-pimpl)
1240 * [I.30: Encapsulate rule violations](#Ri-encapsulate)
1242 **See also**:
1244 * [F: Functions](#S-functions)
1245 * [C.concrete: Concrete types](#SS-concrete)
1246 * [C.hier: Class hierarchies](#SS-hier)
1247 * [C.over: Overloading and overloaded operators](#SS-overload)
1248 * [C.con: Containers and other resource handles](#SS-containers)
1249 * [E: Error handling](#S-errors)
1250 * [T: Templates and generic programming](#S-templates)
1252 ### <a name="Ri-explicit"></a>I.1: Make interfaces explicit
1254 ##### Reason
1256 Correctness. Assumptions not stated in an interface are easily overlooked and hard to test.
1258 ##### Example, bad
1260 Controlling the behavior of a function through a global (namespace scope) variable (a call mode) is implicit and potentially confusing. For example:
1262     int round(double d)
1263     {
1264         return (round_up) ? ceil(d) : d;    // don't: "invisible" dependency
1265     }
1267 It will not be obvious to a caller that the meaning of two calls of `round(7.2)` might give different results.
1269 ##### Exception
1271 Sometimes we control the details of a set of operations by an environment variable, e.g., normal vs. verbose output or debug vs. optimized.
1272 The use of a non-local control is potentially confusing, but controls only implementation details of otherwise fixed semantics.
1274 ##### Example, bad
1276 Reporting through non-local variables (e.g., `errno`) is easily ignored. For example:
1278     // don't: no test of fprintf's return value
1279     fprintf(connection, "logging: %d %d %d\n", x, y, s);
1281 What if the connection goes down so that no logging output is produced? See I.???.
1283 **Alternative**: Throw an exception. An exception cannot be ignored.
1285 **Alternative formulation**: Avoid passing information across an interface through non-local or implicit state.
1286 Note that non-`const` member functions pass information to other member functions through their object's state.
1288 **Alternative formulation**: An interface should be a function or a set of functions.
1289 Functions can be function templates and sets of functions can be classes or class templates.
1291 ##### Enforcement
1293 * (Simple) A function should not make control-flow decisions based on the values of variables declared at namespace scope.
1294 * (Simple) A function should not write to variables declared at namespace scope.
1296 ### <a name="Ri-global"></a>I.2: Avoid non-`const` global variables
1298 ##### Reason
1300 Non-`const` global variables hide dependencies and make the dependencies subject to unpredictable changes.
1302 ##### Example
1304     struct Data {
1305         // ... lots of stuff ...
1306     } data;            // non-const data
1308     void compute()     // don't
1309     {
1310         // ... use data ...
1311     }
1313     void output()     // don't
1314     {
1315         // ... use data ...
1316     }
1318 Who else might modify `data`?
1320 **Warning**: The initialization of global objects is not totally ordered.
1321 If you use a global object initialize it with a constant.
1322 Note that it is possible to get undefined initialization order even for `const` objects.
1324 ##### Exception
1326 A global object is often better than a singleton.
1328 ##### Note
1330 Global constants are useful.
1332 ##### Note
1334 The rule against global variables applies to namespace scope variables as well.
1336 **Alternative**: If you use global (more generally namespace scope) data to avoid copying, consider passing the data as an object by reference to `const`.
1337 Another solution is to define the data as the state of some object and the operations as member functions.
1339 **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.
1340 Every pointer or reference to mutable data is a potential data race.
1342 Using global pointers or references to access and change non-const, and otherwise non-global,
1343 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.
1345 ##### Note
1347 You cannot have a race condition on immutable data.
1349 **References**: See the [rules for calling functions](#SS-call).
1351 ##### Note
1353 The rule is "avoid", not "don't use." Of course there will be (rare) exceptions, such as `cin`, `cout`, and `cerr`.
1355 ##### Enforcement
1357 (Simple) Report all non-`const` variables declared at namespace scope and global pointers/references to non-const data.
1360 ### <a name="Ri-singleton"></a>I.3: Avoid singletons
1362 ##### Reason
1364 Singletons are basically complicated global objects in disguise.
1366 ##### Example
1368     class Singleton {
1369         // ... lots of stuff to ensure that only one Singleton object is created,
1370         // that it is initialized properly, etc.
1371     };
1373 There are many variants of the singleton idea.
1374 That's part of the problem.
1376 ##### Note
1378 If you don't want a global object to change, declare it `const` or `constexpr`.
1380 ##### Exception
1382 You can use the simplest "singleton" (so simple that it is often not considered a singleton) to get initialization on first use, if any:
1384     X& myX()
1385     {
1386         static X my_x {3};
1387         return my_x;
1388     }
1390 This is one of the most effective solutions to problems related to initialization order.
1391 In a multi-threaded environment, the initialization of the static object does not introduce a race condition
1392 (unless you carelessly access a shared object from within its constructor).
1394 Note that the initialization of a local `static` does not imply a race condition.
1395 However, if the destruction of `X` involves an operation that needs to be synchronized we must use a less simple solution.
1396 For example:
1398     X& myX()
1399     {
1400         static auto p = new X {3};
1401         return *p;  // potential leak
1402     }
1404 Now someone must `delete` that object in some suitably thread-safe way.
1405 That's error-prone, so we don't use that technique unless
1407 * `myX` is in multi-threaded code,
1408 * that `X` object needs to be destroyed (e.g., because it releases a resource), and
1409 * `X`'s destructor's code needs to be synchronized.
1411 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.
1413 ##### Enforcement
1415 Very hard in general.
1417 * Look for classes with names that include `singleton`.
1418 * Look for classes for which only a single object is created (by counting objects or by examining constructors).
1419 * 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.
1421 ### <a name="Ri-typed"></a>I.4: Make interfaces precisely and strongly typed
1423 ##### Reason
1425 Types are the simplest and best documentation, improve legibility due to their well-defined meaning, and are checked at compile time.
1426 Also, precisely typed code is often optimized better.
1428 ##### Example, don't
1430 Consider:
1432     void pass(void* data);    // weak and under qualified type void* is suspicious
1434 Callers are unsure what types are allowed and if the data may
1435 be mutated as `const` is not specified. Note all pointer types
1436 implicitly convert to `void*`, so it is easy for callers to provide this value.
1438 The callee must `static_cast` data to an unverified type to use it.
1439 That is error-prone and verbose.
1441 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.
1443 **Alternative**: Often, a template parameter can eliminate the `void*` turning it into a `T*` or `T&`.
1444 For generic code these `T`s can be general or concept constrained template parameters.
1446 ##### Example, bad
1448 Consider:
1450     draw_rect(100, 200, 100, 500); // what do the numbers specify?
1452     draw_rect(p.x, p.y, 10, 20); // what units are 10 and 20 in?
1454 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?
1456 Comments and parameter names can help, but we could be explicit:
1458     void draw_rectangle(Point top_left, Point bottom_right);
1459     void draw_rectangle(Point top_left, Size height_width);
1461     draw_rectangle(p, Point{10, 20});  // two corners
1462     draw_rectangle(p, Size{10, 20});   // one corner and a (height, width) pair
1464 Obviously, we cannot catch all errors through the static type system
1465 (e.g., the fact that a first argument is supposed to be a top-left point is left to convention (naming and comments)).
1467 ##### Example, bad
1469 Consider:
1471     set_settings(true, false, 42); // what do the numbers specify?
1473 The parameter types and their values do not communicate what settings are being specified or what those values mean.
1475 This design is more explicit, safe and legible:
1477     alarm_settings s{};
1478     s.enabled = true;
1479     s.displayMode = alarm_settings::mode::spinning_light;
1480     s.frequency = alarm_settings::every_10_seconds;
1481     set_settings(s);
1483 For the case of a set of boolean values consider using a flags `enum`; a pattern that expresses a set of boolean values.
1485     enable_lamp_options(lamp_option::on | lamp_option::animate_state_transitions);
1487 ##### Example, bad
1489 In the following example, it is not clear from the interface what `time_to_blink` means: Seconds? Milliseconds?
1491     void blink_led(int time_to_blink) // bad -- the unit is ambiguous
1492     {
1493         // ...
1494         // do something with time_to_blink
1495         // ...
1496     }
1498     void use()
1499     {
1500         blink_led(2);
1501     }
1503 ##### Example, good
1505 `std::chrono::duration` types helps making the unit of time duration explicit.
1507     void blink_led(milliseconds time_to_blink) // good -- the unit is explicit
1508     {
1509         // ...
1510         // do something with time_to_blink
1511         // ...
1512     }
1514     void use()
1515     {
1516         blink_led(1500ms);
1517     }
1519 The function can also be written in such a way that it will accept any time duration unit.
1521     template<class rep, class period>
1522     void blink_led(duration<rep, period> time_to_blink) // good -- accepts any unit
1523     {
1524         // assuming that millisecond is the smallest relevant unit
1525         auto milliseconds_to_blink = duration_cast<milliseconds>(time_to_blink);
1526         // ...
1527         // do something with milliseconds_to_blink
1528         // ...
1529     }
1531     void use()
1532     {
1533         blink_led(2s);
1534         blink_led(1500ms);
1535     }
1537 ##### Enforcement
1539 * (Simple) Report the use of `void*` as a parameter or return type.
1540 * (Simple) Report the use of more than one `bool` parameter.
1541 * (Hard to do well) Look for functions that use too many primitive type arguments.
1543 ### <a name="Ri-pre"></a>I.5: State preconditions (if any)
1545 ##### Reason
1547 Arguments have meaning that might constrain their proper use in the callee.
1549 ##### Example
1551 Consider:
1553     double sqrt(double x);
1555 Here `x` must be non-negative. The type system cannot (easily and naturally) express that, so we must use other means. For example:
1557     double sqrt(double x); // x must be non-negative
1559 Some preconditions can be expressed as assertions. For example:
1561     double sqrt(double x) { Expects(x >= 0); /* ... */ }
1563 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).
1565 **References**: `Expects()` is described in [GSL](#gsl-guidelines-support-library).
1567 ##### Note
1569 Prefer a formal specification of requirements, such as `Expects(p);`.
1570 If that is infeasible, use English text in comments, such as `// the sequence [p:q) is ordered using <`.
1572 ##### Note
1574 Most member functions have as a precondition that some class invariant holds.
1575 That invariant is established by a constructor and must be reestablished upon exit by every member function called from outside the class.
1576 We don't need to mention it for each member function.
1578 ##### Enforcement
1580 (Not enforceable)
1582 **See also**: The rules for passing pointers. ???
1584 ### <a name="Ri-expects"></a>I.6: Prefer `Expects()` for expressing preconditions
1586 ##### Reason
1588 To make it clear that the condition is a precondition and to enable tool use.
1590 ##### Example
1592     int area(int height, int width)
1593     {
1594         Expects(height > 0 && width > 0);            // good
1595         if (height <= 0 || width <= 0) my_error();   // obscure
1596         // ...
1597     }
1599 ##### Note
1601 Preconditions can be stated in many ways, including comments, `if`-statements, and `assert()`.
1602 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?).
1604 ##### Note
1606 Preconditions should be part of the interface rather than part of the implementation,
1607 but we don't yet have the language facilities to do that.
1608 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.
1610 ##### Note
1612 `Expects()` can also be used to check a condition in the middle of an algorithm.
1614 ##### Note
1616 No, using `unsigned` is not a good way to sidestep the problem of [ensuring that a value is non-negative](#Res-nonnegative).
1618 ##### Enforcement
1620 (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.
1622 ### <a name="Ri-post"></a>I.7: State postconditions
1624 ##### Reason
1626 To detect misunderstandings about the result and possibly catch erroneous implementations.
1628 ##### Example, bad
1630 Consider:
1632     int area(int height, int width) { return height * width; }  // bad
1634 Here, we (incautiously) left out the precondition specification, so it is not explicit that height and width must be positive.
1635 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.
1636 Overflow can happen.
1637 Consider using:
1639     int area(int height, int width)
1640     {
1641         auto res = height * width;
1642         Ensures(res > 0);
1643         return res;
1644     }
1646 ##### Example, bad
1648 Consider a famous security bug:
1650     void f()    // problematic
1651     {
1652         char buffer[MAX];
1653         // ...
1654         memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
1655     }
1657 There was no postcondition stating that the buffer should be cleared and the optimizer eliminated the apparently redundant `memset()` call:
1659     void f()    // better
1660     {
1661         char buffer[MAX];
1662         // ...
1663         memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
1664         Ensures(buffer[0] == 0);
1665     }
1667 ##### Note
1669 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.
1671 ##### Note
1673 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.
1675 ##### Example
1677 Consider a function that manipulates a `Record`, using a `mutex` to avoid race conditions:
1679     mutex m;
1681     void manipulate(Record& r)    // don't
1682     {
1683         m.lock();
1684         // ... no m.unlock() ...
1685     }
1687 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.
1688 Stating the postcondition would have made it clear:
1690     void manipulate(Record& r)    // postcondition: m is unlocked upon exit
1691     {
1692         m.lock();
1693         // ... no m.unlock() ...
1694     }
1696 The bug is now obvious (but only to a human reading comments).
1698 Better still, use [RAII](#Rr-raii) to ensure that the postcondition ("the lock must be released") is enforced in code:
1700     void manipulate(Record& r)    // best
1701     {
1702         lock_guard<mutex> _ {m};
1703         // ...
1704     }
1706 ##### Note
1708 Ideally, postconditions are stated in the interface/declaration so that users can easily see them.
1709 Only postconditions related to the users can be stated in the interface.
1710 Postconditions related only to internal state belongs in the definition/implementation.
1712 ##### Enforcement
1714 (Not enforceable) This is a philosophical guideline that is infeasible to check
1715 directly in the general case. Domain specific checkers (like lock-holding
1716 checkers) exist for many toolchains.
1718 ### <a name="Ri-ensures"></a>I.8: Prefer `Ensures()` for expressing postconditions
1720 ##### Reason
1722 To make it clear that the condition is a postcondition and to enable tool use.
1724 ##### Example
1726     void f()
1727     {
1728         char buffer[MAX];
1729         // ...
1730         memset(buffer, 0, MAX);
1731         Ensures(buffer[0] == 0);
1732     }
1734 ##### Note
1736 Postconditions can be stated in many ways, including comments, `if`-statements, and `assert()`.
1737 This can make them hard to distinguish from ordinary code, hard to update, hard to manipulate by tools, and might have the wrong semantics.
1739 **Alternative**: Postconditions of the form "this resource must be released" are best expressed by [RAII](#Rr-raii).
1741 ##### Note
1743 Ideally, that `Ensures` should be part of the interface, but that's not easily done.
1744 For now, we place it in the definition (function body).
1745 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.
1747 ##### Enforcement
1749 (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.
1751 ### <a name="Ri-concepts"></a>I.9: If an interface is a template, document its parameters using concepts
1753 ##### Reason
1755 Make the interface precisely specified and compile-time checkable in the (not so distant) future.
1757 ##### Example
1759 Use the C++20 style of requirements specification. For example:
1761     template<typename Iter, typename Val>
1762       requires input_iterator<Iter> && equality_comparable_with<iter_value_t<Iter>, Val>
1763     Iter find(Iter first, Iter last, Val v)
1764     {
1765         // ...
1766     }
1768 **See also**: [Generic programming](#SS-GP) and [concepts](#SS-concepts).
1770 ##### Enforcement
1772 Warn if any non-variadic template parameter is not constrained by a concept (in its declaration or mentioned in a `requires` clause).
1774 ### <a name="Ri-except"></a>I.10: Use exceptions to signal a failure to perform a required task
1776 ##### Reason
1778 It should not be possible to ignore an error because that could leave the system or a computation in an undefined (or unexpected) state.
1779 This is a major source of errors.
1781 ##### Example
1783     int printf(const char* ...);    // bad: return negative number if output fails
1785     template<class F, class ...Args>
1786     // good: throw system_error if unable to start the new thread
1787     explicit thread(F&& f, Args&&... args);
1789 ##### Note
1791 What is an error?
1793 An error means that the function cannot achieve its advertised purpose (including establishing postconditions).
1794 Calling code that ignores an error could lead to wrong results or undefined systems state.
1795 For example, not being able to connect to a remote server is not by itself an error:
1796 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.
1797 However, if failing to make a connection is considered an error, then a failure should throw an exception.
1799 ##### Exception
1801 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.
1803 ##### Alternative
1805 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:
1807     int val;
1808     int error_code;
1809     tie(val, error_code) = do_something();
1810     if (error_code) {
1811         // ... handle the error or exit ...
1812     }
1813     // ... use val ...
1815 This style unfortunately leads to uninitialized variables.
1816 Since C++17 the "structured bindings" feature can be used to initialize variables directly from the return value:
1818     auto [val, error_code] = do_something();
1819     if (error_code) {
1820         // ... handle the error or exit ...
1821     }
1822     // ... use val ...
1824 ##### Note
1826 We don't consider "performance" a valid reason not to use exceptions.
1828 * Often, explicit error checking and handling consume as much time and space as exception handling.
1829 * Often, cleaner code yields better performance with exceptions (simplifying the tracing of paths through the program and their optimization).
1830 * A good rule for performance critical code is to move checking outside the [critical](#Rper-critical) part of the code.
1831 * In the longer term, more regular code gets better optimized.
1832 * Always carefully [measure](#Rper-measure) before making performance claims.
1834 **See also**: [I.5](#Ri-pre) and [I.7](#Ri-post) for reporting precondition and postcondition violations.
1836 ##### Enforcement
1838 * (Not enforceable) This is a philosophical guideline that is infeasible to check directly.
1839 * Look for `errno`.
1841 ### <a name="Ri-raw"></a>I.11: Never transfer ownership by a raw pointer (`T*`) or reference (`T&`)
1843 ##### Reason
1845 If there is any doubt whether the caller or the callee owns an object, leaks or premature destruction will occur.
1847 ##### Example
1849 Consider:
1851     X* compute(args)    // don't
1852     {
1853         X* res = new X{};
1854         // ...
1855         return res;
1856     }
1858 Who deletes the returned `X`? The problem would be harder to spot if `compute` returned a reference.
1859 Consider returning the result by value (use move semantics if the result is large):
1861     vector<double> compute(args)  // good
1862     {
1863         vector<double> res(10000);
1864         // ...
1865         return res;
1866     }
1868 **Alternative**: [Pass ownership](#Rr-smartptrparam) using a "smart pointer", such as `unique_ptr` (for exclusive ownership) and `shared_ptr` (for shared ownership).
1869 However, that is less elegant and often less efficient than returning the object itself,
1870 so use smart pointers only if reference semantics are needed.
1872 **Alternative**: Sometimes older code can't be modified because of ABI compatibility requirements or lack of resources.
1873 In that case, mark owning pointers using `owner` from the [guidelines support library](#gsl-guidelines-support-library):
1875     owner<X*> compute(args)    // It is now clear that ownership is transferred
1876     {
1877         owner<X*> res = new X{};
1878         // ...
1879         return res;
1880     }
1882 This tells analysis tools that `res` is an owner.
1883 That is, its value must be `delete`d or transferred to another owner, as is done here by the `return`.
1885 `owner` is used similarly in the implementation of resource handles.
1887 ##### Note
1889 Every object passed as a raw pointer (or iterator) is assumed to be owned by the
1890 caller, so that its lifetime is handled by the caller. Viewed another way:
1891 ownership transferring APIs are relatively rare compared to pointer-passing APIs,
1892 so the default is "no ownership transfer."
1894 **See also**: [Argument passing](#Rf-conventional), [use of smart pointer arguments](#Rr-smartptrparam), and [value return](#Rf-value-return).
1896 ##### Enforcement
1898 * (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>`.
1899 * (Simple) Warn on failure to either `reset` or explicitly `delete` an `owner` pointer on every code path.
1900 * (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.
1902 ### <a name="Ri-nullptr"></a>I.12: Declare a pointer that must not be null as `not_null`
1904 ##### Reason
1906 To help avoid dereferencing `nullptr` errors.
1907 To improve performance by avoiding redundant checks for `nullptr`.
1909 ##### Example
1911     int length(const char* p);            // it is not clear whether length(nullptr) is valid
1913     length(nullptr);                      // OK?
1915     int length(not_null<const char*> p);  // better: we can assume that p cannot be nullptr
1917     int length(const char* p);            // we must assume that p can be nullptr
1919 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.
1921 ##### Note
1923 `not_null` is defined in the [guidelines support library](#gsl-guidelines-support-library).
1925 ##### Note
1927 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*`.
1929     // we can assume that p cannot be nullptr
1930     // we can assume that p points to a zero-terminated array of characters
1931     int length(not_null<czstring> p);
1933 Note: `length()` is, of course, `std::strlen()` in disguise.
1935 ##### Enforcement
1937 * (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`.
1938 * (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`.
1940 ### <a name="Ri-array"></a>I.13: Do not pass an array as a single pointer
1942 ##### Reason
1944  (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.
1946 ##### Example
1948 Consider:
1950     void copy_n(const T* p, T* q, int n); // copy from [p:p+n) to [q:q+n)
1952 What if there are fewer than `n` elements in the array pointed to by `q`? Then, we overwrite some probably unrelated memory.
1953 What if there are fewer than `n` elements in the array pointed to by `p`? Then, we read some probably unrelated memory.
1954 Either is undefined behavior and a potentially very nasty bug.
1956 ##### Alternative
1958 Consider using explicit spans:
1960     void copy(span<const T> r, span<T> r2); // copy r to r2
1962 ##### Example, bad
1964 Consider:
1966     void draw(Shape* p, int n);  // poor interface; poor code
1967     Circle arr[10];
1968     // ...
1969     draw(arr, 10);
1971 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.
1973 **Alternative**: Use a support class that ensures that the number of elements is correct and prevents dangerous implicit conversions. For example:
1975     void draw2(span<Circle>);
1976     Circle arr[10];
1977     // ...
1978     draw2(span<Circle>(arr));  // deduce the number of elements
1979     draw2(arr);    // deduce the element type and array size
1981     void draw3(span<Shape>);
1982     draw3(arr);    // error: cannot convert Circle[10] to span<Shape>
1984 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 ???.
1986 ##### Exception
1988 Use `zstring` and `czstring` to represent C-style, zero-terminated strings.
1989 But when doing so, use `std::string_view` or `span<char>` from the [GSL](#gsl-guidelines-support-library) to prevent range errors.
1991 ##### Enforcement
1993 * (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.
1994 * (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.
1996 ### <a name="Ri-global-init"></a>I.22: Avoid complex initialization of global objects
1998 ##### Reason
2000 Complex initialization can lead to undefined order of execution.
2002 ##### Example
2004     // file1.c
2006     extern const X x;
2008     const Y y = f(x);   // read x; write y
2010     // file2.c
2012     extern const Y y;
2014     const X x = g(y);   // read y; write x
2016 Since `x` and `y` are in different translation units the order of calls to `f()` and `g()` is undefined;
2017 one will access an uninitialized `const`.
2018 This shows that the order-of-initialization problem for global (namespace scope) objects is not limited to global *variables*.
2020 ##### Note
2022 Order of initialization problems become particularly difficult to handle in concurrent code.
2023 It is usually best to avoid global (namespace scope) objects altogether.
2025 ##### Enforcement
2027 * Flag initializers of globals that call non-`constexpr` functions
2028 * Flag initializers of globals that access `extern` objects
2030 ### <a name="Ri-nargs"></a>I.23: Keep the number of function arguments low
2032 ##### Reason
2034 Having many arguments opens opportunities for confusion. Passing lots of arguments is often costly compared to alternatives.
2036 ##### Discussion
2038 The two most common reasons why functions have too many parameters are:
2040 1. *Missing an abstraction.*
2041    There is an abstraction missing, so that a compound value is being
2042    passed as individual elements instead of as a single object that enforces an invariant.
2043    This not only expands the parameter list, but it leads to errors because the component values
2044    are no longer protected by an enforced invariant.
2046 2. *Violating "one function, one responsibility."*
2047    The function is trying to do more than one job and should probably be refactored.
2049 ##### Example
2051 The standard-library `merge()` is at the limit of what we can comfortably handle:
2053     template<class InputIterator1, class InputIterator2, class OutputIterator, class Compare>
2054     OutputIterator merge(InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,
2055                          InputIterator2 first2, InputIterator2 last2,
2056                          OutputIterator result, Compare comp);
2058 Note that this is because of problem 1 above -- missing abstraction. Instead of passing a range (abstraction), STL passed iterator pairs (unencapsulated component values).
2060 Here, we have four template arguments and six function arguments.
2061 To simplify the most frequent and simplest uses, the comparison argument can be defaulted to `<`:
2063     template<class InputIterator1, class InputIterator2, class OutputIterator>
2064     OutputIterator merge(InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,
2065                          InputIterator2 first2, InputIterator2 last2,
2066                          OutputIterator result);
2068 This doesn't reduce the total complexity, but it reduces the surface complexity presented to many users.
2069 To really reduce the number of arguments, we need to bundle the arguments into higher-level abstractions:
2071     template<class InputRange1, class InputRange2, class OutputIterator>
2072     OutputIterator merge(InputRange1 r1, InputRange2 r2, OutputIterator result);
2074 Grouping arguments into "bundles" is a general technique to reduce the number of arguments and to increase the opportunities for checking.
2076 Alternatively, we could use a standard library concept to define the notion of three types that must be usable for merging:
2078     template<class In1, class In2, class Out>
2079       requires mergeable<In1, In2, Out>
2080     Out merge(In1 r1, In2 r2, Out result);
2082 ##### Example
2084 The safety Profiles recommend replacing
2086     void f(int* some_ints, int some_ints_length);  // BAD: C style, unsafe
2088 with
2090     void f(gsl::span<int> some_ints);              // GOOD: safe, bounds-checked
2092 Here, using an abstraction has safety and robustness benefits, and naturally also reduces the number of parameters.
2094 ##### Note
2096 How many parameters are too many? Try to use fewer than four (4) parameters.
2097 There are functions that are best expressed with four individual parameters, but not many.
2099 **Alternative**: Use better abstraction: Group arguments into meaningful objects and pass the objects (by value or by reference).
2101 **Alternative**: Use default arguments or overloads to allow the most common forms of calls to be done with fewer arguments.
2103 ##### Enforcement
2105 * Warn when a function declares two iterators (including pointers) of the same type instead of a range or a view.
2106 * (Not enforceable) This is a philosophical guideline that is infeasible to check directly.
2108 ### <a name="Ri-unrelated"></a>I.24: Avoid adjacent parameters that can be invoked by the same arguments in either order with different meaning
2110 ##### Reason
2112 Adjacent arguments of the same type are easily swapped by mistake.
2114 ##### Example, bad
2116 Consider:
2118     void copy_n(T* p, T* q, int n);  // copy from [p:p + n) to [q:q + n)
2120 This is a nasty variant of a K&R C-style interface. It is easy to reverse the "to" and "from" arguments.
2122 Use `const` for the "from" argument:
2124     void copy_n(const T* p, T* q, int n);  // copy from [p:p + n) to [q:q + n)
2126 ##### Exception
2128 If the order of the parameters is not important, there is no problem:
2130     int max(int a, int b);
2132 ##### Alternative
2134 Don't pass arrays as pointers, pass an object representing a range (e.g., a `span`):
2136     void copy_n(span<const T> p, span<T> q);  // copy from p to q
2138 ##### Alternative
2140 Define a `struct` as the parameter type and name the fields for those parameters accordingly:
2142     struct SystemParams {
2143         string config_file;
2144         string output_path;
2145         seconds timeout;
2146     };
2147     void initialize(SystemParams p);
2149 This tends to make invocations of this clear to future readers, as the parameters
2150 are often filled in by name at the call site.
2152 ##### Note
2154 Only the interface's designer can adequately address the source of violations of this guideline.
2156 ##### Enforcement strategy
2158 (Simple) Warn if two consecutive parameters share the same type
2160 We are still looking for a less-simple enforcement.
2162 ### <a name="Ri-abstract"></a>I.25: Prefer empty abstract classes as interfaces to class hierarchies
2164 ##### Reason
2166 Abstract classes that are empty (have no non-static member data) are more likely to be stable than base classes with state.
2168 ##### Example, bad
2170 You just knew that `Shape` would turn up somewhere :-)
2172     class Shape {  // bad: interface class loaded with data
2173     public:
2174         Point center() const { return c; }
2175         virtual void draw() const;
2176         virtual void rotate(int);
2177         // ...
2178     private:
2179         Point c;
2180         vector<Point> outline;
2181         Color col;
2182     };
2184 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:
2186     class Shape {    // better: Shape is a pure interface
2187     public:
2188         virtual Point center() const = 0;   // pure virtual functions
2189         virtual void draw() const = 0;
2190         virtual void rotate(int) = 0;
2191         // ...
2192         // ... no data members ...
2193         // ...
2194         virtual ~Shape() = default;
2195     };
2197 ##### Enforcement
2199 (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.
2201 ### <a name="Ri-abi"></a>I.26: If you want a cross-compiler ABI, use a C-style subset
2203 ##### Reason
2205 Different compilers implement different binary layouts for classes, exception handling, function names, and other implementation details.
2207 ##### Exception
2209 Common ABIs are emerging on some platforms freeing you from the more draconian restrictions.
2211 ##### Note
2213 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.
2215 ##### Enforcement
2217 (Not enforceable) It is difficult to reliably identify where an interface forms part of an ABI.
2219 ### <a name="Ri-pimpl"></a>I.27: For stable library ABI, consider the Pimpl idiom
2221 ##### Reason
2223 Because private data members participate in class layout and private member functions participate in overload resolution, changes to those
2224 implementation details require recompilation of all users of a class that uses them. A non-polymorphic interface class holding a pointer to
2225 implementation (Pimpl) can isolate the users of a class from changes in its implementation at the cost of an indirection.
2227 ##### Example
2229 interface (widget.h)
2231     class widget {
2232         class impl;
2233         std::unique_ptr<impl> pimpl;
2234     public:
2235         void draw(); // public API that will be forwarded to the implementation
2236         widget(int); // defined in the implementation file
2237         ~widget();   // defined in the implementation file, where impl is a complete type
2238         widget(widget&&) noexcept; // defined in the implementation file
2239         widget(const widget&) = delete;
2240         widget& operator=(widget&&) noexcept; // defined in the implementation file
2241         widget& operator=(const widget&) = delete;
2242     };
2245 implementation (widget.cpp)
2247     class widget::impl {
2248         int n; // private data
2249     public:
2250         void draw(const widget& w) { /* ... */ }
2251         impl(int n) : n(n) {}
2252     };
2253     void widget::draw() { pimpl->draw(*this); }
2254     widget::widget(int n) : pimpl{std::make_unique<impl>(n)} {}
2255     widget::widget(widget&&) noexcept = default;
2256     widget::~widget() = default;
2257     widget& widget::operator=(widget&&) noexcept = default;
2259 ##### Notes
2261 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.
2263 ##### Enforcement
2265 (Not enforceable) It is difficult to reliably identify where an interface forms part of an ABI.
2267 ### <a name="Ri-encapsulate"></a>I.30: Encapsulate rule violations
2269 ##### Reason
2271 To keep code simple and safe.
2272 Sometimes, ugly, unsafe, or error-prone techniques are necessary for logical or performance reasons.
2273 If so, keep them local, rather than "infecting" interfaces so that larger groups of programmers have to be aware of the
2274 subtleties.
2275 Implementation complexity should, if at all possible, not leak through interfaces into user code.
2277 ##### Example
2279 Consider a program that, depending on some form of input (e.g., arguments to `main`), should consume input
2280 from a file, from the command line, or from standard input.
2281 We might write
2283     bool owned;
2284     owner<istream*> inp;
2285     switch (source) {
2286     case std_in:        owned = false; inp = &cin;                       break;
2287     case command_line:  owned = true;  inp = new istringstream{argv[2]}; break;
2288     case file:          owned = true;  inp = new ifstream{argv[2]};      break;
2289     }
2290     istream& in = *inp;
2292 This violated the rule [against uninitialized variables](#Res-always),
2293 the rule against [ignoring ownership](#Ri-raw),
2294 and the rule [against magic constants](#Res-magic).
2295 In particular, someone has to remember to somewhere write
2297     if (owned) delete inp;
2299 We could handle this particular example by using `unique_ptr` with a special deleter that does nothing for `cin`,
2300 but that's complicated for novices (who can easily encounter this problem) and the example is an example of a more general
2301 problem where a property that we would like to consider static (here, ownership) needs infrequently be addressed
2302 at run time.
2303 The common, most frequent, and safest examples can be handled statically, so we don't want to add cost and complexity to those.
2304 But we must also cope with the uncommon, less-safe, and necessarily more expensive cases.
2305 Such examples are discussed in [[Str15]](http://www.stroustrup.com/resource-model.pdf).
2307 So, we write a class
2309     class Istream { [[gsl::suppress("lifetime")]]
2310     public:
2311         enum Opt { from_line = 1 };
2312         Istream() { }
2313         Istream(czstring p) : owned{true}, inp{new ifstream{p}} {}            // read from file
2314         Istream(czstring p, Opt) : owned{true}, inp{new istringstream{p}} {}  // read from command line
2315         ~Istream() { if (owned) delete inp; }
2316         operator istream&() { return *inp; }
2317     private:
2318         bool owned = false;
2319         istream* inp = &cin;
2320     };
2322 Now, the dynamic nature of `istream` ownership has been encapsulated.
2323 Presumably, a bit of checking for potential errors would be added in real code.
2325 ##### Enforcement
2327 * Hard, it is hard to decide what rule-breaking code is essential
2328 * Flag rule suppression that enable rule-violations to cross interfaces
2330 # <a name="S-functions"></a>F: Functions
2332 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.
2334 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.
2335 Functions are the most critical part in most interfaces, so see the interface rules.
2337 Function rule summary:
2339 Function definition rules:
2341 * [F.1: "Package" meaningful operations as carefully named functions](#Rf-package)
2342 * [F.2: A function should perform a single logical operation](#Rf-logical)
2343 * [F.3: Keep functions short and simple](#Rf-single)
2344 * [F.4: If a function might have to be evaluated at compile time, declare it `constexpr`](#Rf-constexpr)
2345 * [F.5: If a function is very small and time-critical, declare it inline](#Rf-inline)
2346 * [F.6: If your function must not throw, declare it `noexcept`](#Rf-noexcept)
2347 * [F.7: For general use, take `T*` or `T&` arguments rather than smart pointers](#Rf-smart)
2348 * [F.8: Prefer pure functions](#Rf-pure)
2349 * [F.9: Unused parameters should be unnamed](#Rf-unused)
2350 * [F.10: If an operation can be reused, give it a name](#Rf-name)
2351 * [F.11: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only](#Rf-lambda)
2353 Parameter passing expression rules:
2355 * [F.15: Prefer simple and conventional ways of passing information](#Rf-conventional)
2356 * [F.16: For "in" parameters, pass cheaply-copied types by value and others by reference to `const`](#Rf-in)
2357 * [F.17: For "in-out" parameters, pass by reference to non-`const`](#Rf-inout)
2358 * [F.18: For "will-move-from" parameters, pass by `X&&` and `std::move` the parameter](#Rf-consume)
2359 * [F.19: For "forward" parameters, pass by `TP&&` and only `std::forward` the parameter](#Rf-forward)
2360 * [F.20: For "out" output values, prefer return values to output parameters](#Rf-out)
2361 * [F.21: To return multiple "out" values, prefer returning a struct](#Rf-out-multi)
2362 * [F.60: Prefer `T*` over `T&` when "no argument" is a valid option](#Rf-ptr-ref)
2364 Parameter passing semantic rules:
2366 * [F.22: Use `T*` or `owner<T*>` to designate a single object](#Rf-ptr)
2367 * [F.23: Use a `not_null<T>` to indicate that "null" is not a valid value](#Rf-nullptr)
2368 * [F.24: Use a `span<T>` or a `span_p<T>` to designate a half-open sequence](#Rf-range)
2369 * [F.25: Use a `zstring` or a `not_null<zstring>` to designate a C-style string](#Rf-zstring)
2370 * [F.26: Use a `unique_ptr<T>` to transfer ownership where a pointer is needed](#Rf-unique_ptr)
2371 * [F.27: Use a `shared_ptr<T>` to share ownership](#Rf-shared_ptr)
2373 <a name="Rf-value-return"></a>Value return semantic rules:
2375 * [F.42: Return a `T*` to indicate a position (only)](#Rf-return-ptr)
2376 * [F.43: Never (directly or indirectly) return a pointer or a reference to a local object](#Rf-dangle)
2377 * [F.44: Return a `T&` when copy is undesirable and "returning no object" isn't needed](#Rf-return-ref)
2378 * [F.45: Don't return a `T&&`](#Rf-return-ref-ref)
2379 * [F.46: `int` is the return type for `main()`](#Rf-main)
2380 * [F.47: Return `T&` from assignment operators](#Rf-assignment-op)
2381 * [F.48: Don't return `std::move(local)`](#Rf-return-move-local)
2382 * [F.49: Don't return `const T`](#Rf-return-const)
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: When writing a lambda that captures `this` or any class data member, don't use `[=]` default capture](#Rf-this-capture)
2391 * [F.55: Don't use `va_arg` arguments](#F-varargs)
2392 * [F.56: Avoid unnecessary condition nesting](#F-nesting)
2394 Functions have strong similarities to lambdas and function objects.
2396 **See also**: [C.lambdas: Function objects and lambdas](#SS-lambdas)
2398 ## <a name="SS-fct-def"></a>F.def: Function definitions
2400 A function definition is a function declaration that also specifies the function's implementation, the function body.
2402 ### <a name="Rf-package"></a>F.1: "Package" meaningful operations as carefully named functions
2404 ##### Reason
2406 Factoring out common code makes code more readable, more likely to be reused, and limit errors from complex code.
2407 If something is a well-specified action, separate it out from its surrounding code and give it a name.
2409 ##### Example, don't
2411     void read_and_print(istream& is)    // read and print an int
2412     {
2413         int x;
2414         if (is >> x)
2415             cout << "the int is " << x << '\n';
2416         else
2417             cerr << "no int on input\n";
2418     }
2420 Almost everything is wrong with `read_and_print`.
2421 It reads, it writes (to a fixed `ostream`), it writes error messages (to a fixed `ostream`), it handles only `int`s.
2422 There is nothing to reuse, logically separate operations are intermingled and local variables are in scope after the end of their logical use.
2423 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
2424 mess could become hard to understand.
2426 ##### Note
2428 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.
2430 ##### Example
2432     sort(a, b, [](T x, T y) { return x.rank() < y.rank() && x.value() < y.value(); });
2434 Naming that lambda breaks up the expression into its logical parts and provides a strong hint to the meaning of the lambda.
2436     auto lessT = [](T x, T y) { return x.rank() < y.rank() && x.value() < y.value(); };
2438     sort(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     void 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 paths 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     widget* find(const set<widget>& s, const widget& w, Hint);   // once upon a time, a hint was used
2853 ##### Note
2855 Allowing parameters to be unnamed was introduced in the early 1980s to address this problem.
2857 If parameters are conditionally unused, declare them with the `[[maybe_unused]]` attribute.
2858 For example:
2860     template <typename Value>
2861     Value* find(const set<Value>& s, const Value& v, [[maybe_unused]] Hint h)
2862     {
2863         if constexpr (sizeof(Value) > CacheSize)
2864         {
2865             // a hint is used only if Value is of a certain size
2866         }
2867     }
2869 ##### Enforcement
2871 Flag named unused parameters.
2873 ### <a name="Rf-name"></a>F.10: If an operation can be reused, give it a name
2875 ##### Reason
2877 Documentation, readability, opportunity for reuse.
2879 ##### Example
2881     struct Rec {
2882         string name;
2883         string addr;
2884         int id;         // unique identifier
2885     };
2887     bool same(const Rec& a, const Rec& b)
2888     {
2889         return a.id == b.id;
2890     }
2892     vector<Rec*> find_id(const string& name);    // find all records for "name"
2894     auto x = find_if(vr.begin(), vr.end(),
2895         [&](Rec& r) {
2896             if (r.name.size() != n.size()) return false; // name to compare to is in n
2897             for (int i = 0; i < r.name.size(); ++i)
2898                 if (tolower(r.name[i]) != tolower(n[i])) return false;
2899             return true;
2900         }
2901     );
2903 There is a useful function lurking here (case insensitive string comparison), as there often is when lambda arguments get large.
2905     bool compare_insensitive(const string& a, const string& b)
2906     {
2907         if (a.size() != b.size()) return false;
2908         for (int i = 0; i < a.size(); ++i) if (tolower(a[i]) != tolower(b[i])) return false;
2909         return true;
2910     }
2912     auto x = find_if(vr.begin(), vr.end(),
2913         [&](Rec& r) { return compare_insensitive(r.name, n); }
2914     );
2916 Or maybe (if you prefer to avoid the implicit name binding to n):
2918     auto cmp_to_n = [&n](const string& a) { return compare_insensitive(a, n); };
2920     auto x = find_if(vr.begin(), vr.end(),
2921         [](const Rec& r) { return cmp_to_n(r.name); }
2922     );
2924 ##### Note
2926 whether functions, lambdas, or operators.
2928 ##### Exception
2930 * Lambdas logically used only locally, such as an argument to `for_each` and similar control flow algorithms.
2931 * Lambdas as [initializers](#???)
2933 ##### Enforcement
2935 * (hard) flag similar lambdas
2936 * ???
2938 ### <a name="Rf-lambda"></a>F.11: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only
2940 ##### Reason
2942 That makes the code concise and gives better locality than alternatives.
2944 ##### Example
2946     auto earlyUsersEnd = std::remove_if(users.begin(), users.end(),
2947                                         [](const User &a) { return a.id > 100; });
2950 ##### Exception
2952 Naming a lambda can be useful for clarity even if it is used only once.
2954 ##### Enforcement
2956 * Look for identical and near identical lambdas (to be replaced with named functions or named lambdas).
2958 ## <a name="SS-call"></a>F.call: Parameter passing
2960 There are a variety of ways to pass parameters to a function and to return values.
2962 ### <a name="Rf-conventional"></a>F.15: Prefer simple and conventional ways of passing information
2964 ##### Reason
2966 Using "unusual and clever" techniques causes surprises, slows understanding by other programmers, and encourages bugs.
2967 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.
2969 The following tables summarize the advice in the following Guidelines, F.16-21.
2971 Normal parameter passing:
2973 ![Normal parameter passing table](./param-passing-normal.png "Normal parameter passing")
2975 Advanced parameter passing:
2977 ![Advanced parameter passing table](./param-passing-advanced.png "Advanced parameter passing")
2979 Use the advanced techniques only after demonstrating need, and document that need in a comment.
2981 For passing sequences of characters see [String](#SS-string).
2983 ##### Exception
2985 To express shared ownership using `shared_ptr` types, rather than following guidelines F.16-21,
2986 follow [R.34](#Rr-sharedptrparam-owner), [R.35](#Rr-sharedptrparam), and [R.36](#Rr-sharedptrparam-const).
2988 ### <a name="Rf-in"></a>F.16: For "in" parameters, pass cheaply-copied types by value and others by reference to `const`
2990 ##### Reason
2992 Both let the caller know that a function will not modify the argument, and both allow initialization by rvalues.
2994 What is "cheap to copy" depends on the machine architecture, but two or three words (doubles, pointers, references) are usually best passed by value.
2995 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.
2997 ##### Example
2999     void f1(const string& s);  // OK: pass by reference to const; always cheap
3001     void f2(string s);         // bad: potentially expensive
3003     void f3(int x);            // OK: Unbeatable
3005     void f4(const int& x);     // bad: overhead on access in f4()
3007 For advanced uses (only), where you really need to optimize for rvalues passed to "input-only" parameters:
3009 * If the function is going to unconditionally move from the argument, take it by `&&`. See [F.18](#Rf-consume).
3010 * If the function is going to keep a locally modifiable copy of the argument only for its own local use, taking it by value is fine
3011 * If the function is going to keep a copy of the argument to pass to another destination (to another function, or store in a non-local location), in addition to passing by `const&` (for lvalues),
3012   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).
3013 * In special cases, such as multiple "input + copy" parameters, consider using perfect forwarding. See [F.19](#Rf-forward).
3015 ##### Example
3017     int multiply(int, int); // just input ints, pass by value
3019     // suffix is input-only but not as cheap as an int, pass by const&
3020     string& concatenate(string&, const string& suffix);
3022     void sink(unique_ptr<widget>);  // input only, and moves ownership of the widget
3024 Avoid "esoteric techniques" such as passing arguments as `T&&` "for efficiency".
3025 Most rumors about performance advantages from passing by `&&` are false or brittle (but see [F.18](#Rf-consume) and [F.19](#Rf-forward)).
3027 ##### Notes
3029 A reference can be assumed to refer to a valid object (language rule).
3030 There is no (legitimate) "null reference."
3031 If you need the notion of an optional value, use a pointer, `std::optional`, or a special value used to denote "no value."
3033 ##### Enforcement
3035 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a parameter being passed by value has a size greater than `2 * sizeof(void*)`.
3036   Suggest using a reference to `const` instead.
3037 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a parameter passed by reference to `const` has a size less or equal than `2 * sizeof(void*)`. Suggest passing by value instead.
3038 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a parameter passed by reference to `const` is `move`d.
3040 ##### Exception
3042 To express shared ownership using `shared_ptr` types, follow [R.34](#Rr-sharedptrparam-owner) or [R.36](#Rr-sharedptrparam-const),
3043 depending on whether or not the function unconditionally takes a reference to the argument.
3045 ### <a name="Rf-inout"></a>F.17: For "in-out" parameters, pass by reference to non-`const`
3047 ##### Reason
3049 This makes it clear to callers that the object is assumed to be modified.
3051 ##### Example
3053     void update(Record& r);  // assume that update writes to r
3055 ##### Note
3057 Some user-defined and standard library types, such as `span<T>` or the iterators
3058 are [cheap to copy](#Rf-in) and may be passed by value, while doing so has
3059 mutable (in-out) reference semantics:
3061     void increment_all(span<int> a)
3062     {
3063       for (auto&& e : a)
3064         ++e;
3065     }
3067 ##### Note
3069 A `T&` argument can pass information into a function as well as out of it.
3070 Thus `T&` could be an in-out-parameter. That can in itself be a problem and a source of errors:
3072     void f(string& s)
3073     {
3074         s = "New York";  // non-obvious error
3075     }
3077     void g()
3078     {
3079         string buffer = ".................................";
3080         f(buffer);
3081         // ...
3082     }
3084 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).
3085 A bad logic error can happen if the writer of `g()` incorrectly assumes the size of the `buffer`.
3087 ##### Enforcement
3089 * (Moderate) ((Foundation)) Warn about functions regarding reference to non-`const` parameters that do *not* write to them.
3090 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a non-`const` parameter being passed by reference is `move`d.
3092 ### <a name="Rf-consume"></a>F.18: For "will-move-from" parameters, pass by `X&&` and `std::move` the parameter
3094 ##### Reason
3096 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.
3098 ##### Example
3100     void sink(vector<int>&& v)  // sink takes ownership of whatever the argument owned
3101     {
3102         // usually there might be const accesses of v here
3103         store_somewhere(std::move(v));
3104         // usually no more use of v here; it is moved-from
3105     }
3107 Note that the `std::move(v)` makes it possible for `store_somewhere()` to leave `v` in a moved-from state.
3108 [That could be dangerous](#Rc-move-semantic).
3111 ##### Exception
3113 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.
3115 For example:
3117     template<class T>
3118     void sink(std::unique_ptr<T> p)
3119     {
3120         // use p ... possibly std::move(p) onward somewhere else
3121     }   // p gets destroyed
3123 ##### Exception
3125 If the "will-move-from" parameter is a `shared_ptr` follow [R.34](#Rr-sharedptrparam-owner) and pass the `shared_ptr` by value.
3127 ##### Enforcement
3129 * Flag all `X&&` parameters (where `X` is not a template type parameter name) where the function body uses them without `std::move`.
3130 * Flag access to moved-from objects.
3131 * Don't conditionally move from objects
3133 ### <a name="Rf-forward"></a>F.19: For "forward" parameters, pass by `TP&&` and only `std::forward` the parameter
3135 ##### Reason
3137 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.
3139 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.
3141 ##### Example
3143 Usually you forward the entire parameter (or parameter pack, using `...`) exactly once on every static control flow path:
3145     template<class F, class... Args>
3146     inline decltype(auto) invoke(F&& f, Args&&... args)
3147     {
3148         return forward<F>(f)(forward<Args>(args)...);
3149     }
3151 ##### Example
3153 Sometimes you may forward a composite parameter piecewise, each subobject once on every static control flow path:
3155     template<class PairLike>
3156     inline auto test(PairLike&& pairlike)
3157     {
3158         // ...
3159         f1(some, args, and, forward<PairLike>(pairlike).first);           // forward .first
3160         f2(and, forward<PairLike>(pairlike).second, in, another, call);   // forward .second
3161     }
3163 ##### Enforcement
3165 * 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, or `std::forward`ing it more than once but qualified with a different data member exactly once on every static path.
3167 ### <a name="Rf-out"></a>F.20: For "out" output values, prefer return values to output parameters
3169 ##### Reason
3171 A return value is self-documenting, whereas a `&` could be either in-out or out-only and is liable to be misused.
3173 This includes large objects like standard containers that use implicit move operations for performance and to avoid explicit memory management.
3175 If you have multiple values to return, [use a tuple](#Rf-out-multi) or similar multi-member type.
3177 ##### Example
3179     // OK: return pointers to elements with the value x
3180     vector<const int*> find_all(const vector<int>&, int x);
3182     // Bad: place pointers to elements with value x in-out
3183     void find_all(const vector<int>&, vector<const int*>& out, int x);
3185 ##### Note
3187 A `struct` of many (individually cheap-to-move) elements might be in aggregate expensive to move.
3189 ##### Exceptions
3191 * For non-concrete types, such as types in an inheritance hierarchy, return the object by `unique_ptr` or `shared_ptr`.
3192 * If a type is expensive to move (e.g., `array<BigTrivial>`), 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).
3193 * 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).
3195 ##### Example
3197 Assuming that `Matrix` has move operations (possibly by keeping its elements in a `std::vector`):
3199     Matrix operator+(const Matrix& a, const Matrix& b)
3200     {
3201         Matrix res;
3202         // ... fill res with the sum ...
3203         return res;
3204     }
3206     Matrix x = m1 + m2;  // move constructor
3208     y = m3 + m3;         // move assignment
3211 ##### Note
3213 The return value optimization doesn't handle the assignment case, but the move assignment does.
3215 ##### Example
3217     struct Package {      // exceptional case: expensive-to-move object
3218         char header[16];
3219         char load[2024 - 16];
3220     };
3222     Package fill();       // Bad: large return value
3223     void fill(Package&);  // OK
3225     int val();            // OK
3226     void val(int&);       // Bad: Is val reading its argument
3228 ##### Enforcement
3230 * 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.
3232 ### <a name="Rf-out-multi"></a>F.21: To return multiple "out" values, prefer returning a struct
3234 ##### Reason
3236 A return value is self-documenting as an "output-only" value.
3237 Note that C++ does have multiple return values, by convention of using tuple-like types (`struct`, `array`, `tuple`, etc.),
3238 possibly with the extra convenience of structured bindings (C++17) at the call site.
3239 Prefer using a named `struct` if possible.
3240 Otherwise, a `tuple` is useful in variadic templates.
3242 ##### Example
3244     // BAD: output-only parameter documented in a comment
3245     int f(const string& input, /*output only*/ string& output_data)
3246     {
3247         // ...
3248         output_data = something();
3249         return status;
3250     }
3252     // GOOD: self-documenting
3253     struct f_result { int status; string data; };
3255     f_result f(const string& input)
3256     {
3257         // ...
3258         return {status, something()};
3259     }
3261 C++98's standard library used this style in places, by returning `pair` in some functions.
3262 For example, given a `set<string> my_set`, consider:
3264     // C++98
3265     pair<set::iterator, bool> result = my_set.insert("Hello");
3266     if (result.second)
3267         do_something_with(result.first);    // workaround
3269 With C++17 we are able to use "structured bindings" to give each member a name:
3271     if (auto [ iter, success ] = my_set.insert("Hello"); success)
3272         do_something_with(iter);
3274 A `struct` with meaningful names is more common in modern C++.
3275 See for example `ranges::min_max_result`, `from_chars_result`, and others.
3277 ##### Exception
3279 Sometimes, we need to pass an object to a function to manipulate its state.
3280 In such cases, passing the object by reference [`T&`](#Rf-inout) is usually the right technique.
3281 Explicitly passing an in-out parameter back out again as a return value is often not necessary.
3282 For example:
3284     istream& operator>>(istream& in, string& s);    // much like std::operator>>()
3286     for (string s; in >> s; ) {
3287         // do something with line
3288     }
3290 Here, both `s` and `in` are used as in-out parameters.
3291 We pass `in` by (non-`const`) reference to be able to manipulate its state.
3292 We pass `s` to avoid repeated allocations.
3293 By reusing `s` (passed by reference), we allocate new memory only when we need to expand `s`'s capacity.
3294 This technique is sometimes called the "caller-allocated out" pattern and is particularly useful for types,
3295 such as `string` and `vector`, that needs to do free store allocations.
3297 To compare, if we passed out all values as return values, we would write something like this:
3299     struct get_string_result { istream& in; string s; };
3301     get_string_result get_string(istream& in)  // not recommended
3302     {
3303         string s;
3304         in >> s;
3305         return { in, move(s) };
3306     }
3308     for (auto [in, s] = get_string(cin); in; s = get_string(in).s) {
3309         // do something with string
3310     }
3312 We consider that significantly less elegant with significantly less performance.
3314 For a truly strict reading of this rule (F.21), the exception isn't really an exception because it relies on in-out parameters,
3315 rather than the plain out parameters mentioned in the rule.
3316 However, we prefer to be explicit, rather than subtle.
3318 ##### Note
3320 In most cases, it is useful to return a specific, user-defined type.
3321 For example:
3323     struct Distance {
3324         int value;
3325         int unit = 1;   // 1 means meters
3326     };
3328     Distance d1 = measure(obj1);        // access d1.value and d1.unit
3329     auto d2 = measure(obj2);            // access d2.value and d2.unit
3330     auto [value, unit] = measure(obj3); // access value and unit; somewhat redundant
3331                                         // to people who know measure()
3332     auto [x, y] = measure(obj4);        // don't; it's likely to be confusing
3334 The overly generic `pair` and `tuple` should be used only when the value returned represents independent entities rather than an abstraction.
3336 Another option is to use `optional<T>` or `expected<T, error_code>`, rather than `pair` or `tuple`.
3337 When used appropriately these types convey more information about what the members mean than `pair<T, bool>` or `pair<T, error_code>` do.
3339 ##### Note
3341 When the object to be returned is initialized from local variables that are expensive to copy,
3342 explicit `move` may be helpful to avoid copying:
3344     pair<LargeObject, LargeObject> f(const string& input)
3345     {
3346         LargeObject large1 = g(input);
3347         LargeObject large2 = h(input);
3348         // ...
3349         return { move(large1), move(large2) }; // no copies
3350     }
3352 Alternatively,
3354     pair<LargeObject, LargeObject> f(const string& input)
3355     {
3356         // ...
3357         return { g(input), h(input) }; // no copies, no moves
3358     }
3360 Note this is different from the `return move(...)` anti-pattern from [ES.56](#Res-move)
3362 ##### Enforcement
3364 * Output parameters should be replaced by return values.
3365   An output parameter is one that the function writes to, invokes a non-`const` member function, or passes on as a non-`const`.
3366 * `pair` or `tuple` return types should be replaced by `struct`, if possible.
3367   In variadic templates, `tuple` is often unavoidable.
3369 ### <a name="Rf-ptr-ref"></a>F.60: Prefer `T*` over `T&` when "no argument" is a valid option
3371 ##### Reason
3373 A pointer (`T*`) can be a `nullptr` and a reference (`T&`) cannot, there is no valid "null reference".
3374 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.
3376 ##### Example
3378     string zstring_to_string(zstring p) // zstring is a char*; that is a C-style string
3379     {
3380         if (!p) return string{};    // p might be nullptr; remember to check
3381         return string{p};
3382     }
3384     void print(const vector<int>& r)
3385     {
3386         // r refers to a vector<int>; no check needed
3387     }
3389 ##### Note
3391 It is possible, but not valid C++ to construct a reference that is essentially a `nullptr` (e.g., `T* p = nullptr; T& r = *p;`).
3392 That error is very uncommon.
3394 ##### Note
3396 If you prefer the pointer notation (`->` and/or `*` vs. `.`), `not_null<T*>` provides the same guarantee as `T&`.
3398 ##### Enforcement
3400 * Flag ???
3402 ### <a name="Rf-ptr"></a>F.22: Use `T*` or `owner<T*>` to designate a single object
3404 ##### Reason
3406 Readability: it makes the meaning of a plain pointer clear.
3407 Enables significant tool support.
3409 ##### Note
3411 In traditional C and C++ code, plain `T*` is used for many weakly-related purposes, such as:
3413 * Identify a (single) object (not to be deleted by this function)
3414 * Point to an object allocated on the free store (and delete it later)
3415 * Hold the `nullptr`
3416 * Identify a C-style string (zero-terminated array of characters)
3417 * Identify an array with a length specified separately
3418 * Identify a location in an array
3420 This makes it hard to understand what the code does and is supposed to do.
3421 It complicates checking and tool support.
3423 ##### Example
3425     void use(int* p, int n, char* s, int* q)
3426     {
3427         p[n - 1] = 666; // Bad: we don't know if p points to n elements;
3428                         // assume it does not or use span<int>
3429         cout << s;      // Bad: we don't know if that s points to a zero-terminated array of char;
3430                         // assume it does not or use zstring
3431         delete q;       // Bad: we don't know if *q is allocated on the free store;
3432                         // assume it does not or use owner
3433     }
3435 better
3437     void use2(span<int> p, zstring s, owner<int*> q)
3438     {
3439         p[p.size() - 1] = 666; // OK, a range error can be caught
3440         cout << s; // OK
3441         delete q;  // OK
3442     }
3444 ##### Note
3446 `owner<T*>` represents ownership, `zstring` represents a C-style string.
3448 **Also**: Assume that a `T*` obtained from a smart pointer to `T` (e.g., `unique_ptr<T>`) points to a single element.
3450 **See also**: [Support library](#gsl-guidelines-support-library)
3452 **See also**: [Do not pass an array as a single pointer](#Ri-array)
3454 ##### Enforcement
3456 * (Simple) ((Bounds)) Warn for any arithmetic operation on an expression of pointer type that results in a value of pointer type.
3458 ### <a name="Rf-nullptr"></a>F.23: Use a `not_null<T>` to indicate that "null" is not a valid value
3460 ##### Reason
3462 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.
3463 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`.
3465 ##### Example
3467 `not_null<T*>` makes it obvious to a reader (human or machine) that a test for `nullptr` is not necessary before dereference.
3468 Additionally, when debugging, `owner<T*>` and `not_null<T>` can be instrumented to check for correctness.
3470 Consider:
3472     int length(Record* p);
3474 When I call `length(p)` should I check if `p` is `nullptr` first? Should the implementation of `length()` check if `p` is `nullptr`?
3476     // it is the caller's job to make sure p != nullptr
3477     int length(not_null<Record*> p);
3479     // the implementor of length() must assume that p == nullptr is possible
3480     int length(Record* p);
3482 ##### Note
3484 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).
3486 ##### Note
3488 `not_null` is not just for built-in pointers. It works for `unique_ptr`, `shared_ptr`, and other pointer-like types.
3490 ##### Enforcement
3492 * (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.
3493 * (Simple) Error if a raw pointer is sometimes dereferenced after first being tested against `nullptr` (or equivalent) within the function and sometimes is not.
3494 * (Simple) Warn if a `not_null` pointer is tested against `nullptr` within a function.
3496 ### <a name="Rf-range"></a>F.24: Use a `span<T>` or a `span_p<T>` to designate a half-open sequence
3498 ##### Reason
3500 Informal/non-explicit ranges are a source of errors.
3502 ##### Example
3504     X* find(span<X> r, const X& v);    // find v in r
3506     vector<X> vec;
3507     // ...
3508     auto p = find({vec.begin(), vec.end()}, X{});  // find X{} in vec
3510 ##### Note
3512 Ranges are extremely common in C++ code. Typically, they are implicit and their correct use is very hard to ensure.
3513 In particular, given a pair of arguments `(p, n)` designating an array `[p:p+n)`,
3514 it is in general impossible to know if there really are `n` elements to access following `*p`.
3515 `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.
3517 ##### Example
3519 A `span` represents a range of elements, but how do we manipulate elements of that range?
3521     void f(span<int> s)
3522     {
3523         // range traversal (guaranteed correct)
3524         for (int x : s) cout << x << '\n';
3526         // C-style traversal (potentially checked)
3527         for (gsl::index i = 0; i < s.size(); ++i) cout << s[i] << '\n';
3529         // random access (potentially checked)
3530         s[7] = 9;
3532         // extract pointers (potentially checked)
3533         std::sort(&s[0], &s[s.size() / 2]);
3534     }
3536 ##### Note
3538 A `span<T>` object does not own its elements and is so small that it can be passed by value.
3540 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.
3542 **See also**: [Support library](#gsl-guidelines-support-library)
3544 ##### Enforcement
3546 (Complex) Warn where accesses to pointer parameters are bounded by other parameters that are integral types and suggest they could use `span` instead.
3548 ### <a name="Rf-zstring"></a>F.25: Use a `zstring` or a `not_null<zstring>` to designate a C-style string
3550 ##### Reason
3552 C-style strings are ubiquitous. They are defined by convention: zero-terminated arrays of characters.
3553 We must distinguish C-style strings from a pointer to a single character or an old-fashioned pointer to an array of characters.
3555 If you don't need null termination, use `string_view`.
3557 ##### Example
3559 Consider:
3561     int length(const char* p);
3563 When I call `length(s)` should I check if `s` is `nullptr` first? Should the implementation of `length()` check if `p` is `nullptr`?
3565     // the implementor of length() must assume that p == nullptr is possible
3566     int length(zstring p);
3568     // it is the caller's job to make sure p != nullptr
3569     int length(not_null<zstring> p);
3571 ##### Note
3573 `zstring` does not represent ownership.
3575 **See also**: [Support library](#gsl-guidelines-support-library)
3577 ### <a name="Rf-unique_ptr"></a>F.26: Use a `unique_ptr<T>` to transfer ownership where a pointer is needed
3579 ##### Reason
3581 Using `unique_ptr` is the cheapest way to pass a pointer safely.
3583 **See also**: [C.50](#Rc-factory) regarding when to return a `shared_ptr` from a factory.
3585 ##### Example
3587     unique_ptr<Shape> get_shape(istream& is)  // assemble shape from input stream
3588     {
3589         auto kind = read_header(is); // read header and identify the next shape on input
3590         switch (kind) {
3591         case kCircle:
3592             return make_unique<Circle>(is);
3593         case kTriangle:
3594             return make_unique<Triangle>(is);
3595         // ...
3596         }
3597     }
3599 ##### Note
3601 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).
3603 ##### Enforcement
3605 (Simple) Warn if a function returns a locally allocated raw pointer. Suggest using either `unique_ptr` or `shared_ptr` instead.
3607 ### <a name="Rf-shared_ptr"></a>F.27: Use a `shared_ptr<T>` to share ownership
3609 ##### Reason
3611 Using `std::shared_ptr` is the standard way to represent shared ownership. That is, the last owner deletes the object.
3613 ##### Example
3615     {
3616         shared_ptr<const Image> im { read_image(somewhere) };
3618         std::thread t0 {shade, args0, top_left, im};
3619         std::thread t1 {shade, args1, top_right, im};
3620         std::thread t2 {shade, args2, bottom_left, im};
3621         std::thread t3 {shade, args3, bottom_right, im};
3623         // detaching threads requires extra care (e.g., to join before
3624         // main ends), but even if we do detach the four threads here ...
3625     }
3626     // ... shared_ptr ensures that eventually the last thread to
3627     //     finish safely deletes the image
3629 ##### Note
3631 Prefer a `unique_ptr` over a `shared_ptr` if there is never more than one owner at a time.
3632 `shared_ptr` is for shared ownership.
3634 Note that pervasive use of `shared_ptr` has a cost (atomic operations on the `shared_ptr`'s reference count have a measurable aggregate cost).
3636 ##### Alternative
3638 Have a single object own the shared object (e.g. a scoped object) and destroy that (preferably implicitly) when all users have completed.
3640 ##### Enforcement
3642 (Not enforceable) This is a too complex pattern to reliably detect.
3644 ### <a name="Rf-return-ptr"></a>F.42: Return a `T*` to indicate a position (only)
3646 ##### Reason
3648 That's what pointers are good for.
3649 Returning a `T*` to transfer ownership is a misuse.
3651 ##### Example
3653     Node* find(Node* t, const string& s)  // find s in a binary tree of Nodes
3654     {
3655         if (!t || t->name == s) return t;
3656         if ((auto p = find(t->left, s))) return p;
3657         if ((auto p = find(t->right, s))) return p;
3658         return nullptr;
3659     }
3661 If it isn't the `nullptr`, the pointer returned by `find` indicates a `Node` holding `s`.
3662 Importantly, that does not imply a transfer of ownership of the pointed-to object to the caller.
3664 ##### Note
3666 Positions can also be transferred by iterators, indices, and references.
3667 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](#S-const).
3669 ##### Note
3671 Do not return a pointer to something that is not in the caller's scope; see [F.43](#Rf-dangle).
3673 **See also**: [discussion of dangling pointer prevention](#???)
3675 ##### Enforcement
3677 * Flag `delete`, `std::free()`, etc. applied to a plain `T*`.
3678 Only owners should be deleted.
3679 * Flag `new`, `malloc()`, etc. assigned to a plain `T*`.
3680 Only owners should be responsible for deletion.
3682 ### <a name="Rf-dangle"></a>F.43: Never (directly or indirectly) return a pointer or a reference to a local object
3684 ##### Reason
3686 To avoid the crashes and data corruption that can result from the use of such a dangling pointer.
3688 ##### Example, bad
3690 After the return from a function its local objects no longer exist:
3692     int* f()
3693     {
3694         int fx = 9;
3695         return &fx;  // BAD
3696     }
3698     void g(int* p)   // looks innocent enough
3699     {
3700         int gx;
3701         cout << "*p == " << *p << '\n';
3702         *p = 999;
3703         cout << "gx == " << gx << '\n';
3704     }
3706     void h()
3707     {
3708         int* p = f();
3709         int z = *p;  // read from abandoned stack frame (bad)
3710         g(p);        // pass pointer to abandoned stack frame to function (bad)
3711     }
3713 Here on one popular implementation I got the output:
3715     *p == 999
3716     gx == 999
3718 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`.
3720 * Imagine what would happen if `fx` and `gx` were of different types.
3721 * Imagine what would happen if `fx` or `gx` was a type with an invariant.
3722 * Imagine what would happen if more that dangling pointer was passed around among a larger set of functions.
3723 * Imagine what a cracker could do with that dangling pointer.
3725 Fortunately, most (all?) modern compilers catch and warn against this simple case.
3727 ##### Note
3729 This applies to references as well:
3731     int& f()
3732     {
3733         int x = 7;
3734         // ...
3735         return x;  // Bad: returns reference to object that is about to be destroyed
3736     }
3738 ##### Note
3740 This applies only to non-`static` local variables.
3741 All `static` variables are (as their name indicates) statically allocated, so that pointers to them cannot dangle.
3743 ##### Example, bad
3745 Not all examples of leaking a pointer to a local variable are that obvious:
3747     int* glob;       // global variables are bad in so many ways
3749     template<class T>
3750     void steal(T x)
3751     {
3752         glob = x();  // BAD
3753     }
3755     void f()
3756     {
3757         int i = 99;
3758         steal([&] { return &i; });
3759     }
3761     int main()
3762     {
3763         f();
3764         cout << *glob << '\n';
3765     }
3767 Here I managed to read the location abandoned by the call of `f`.
3768 The pointer stored in `glob` could be used much later and cause trouble in unpredictable ways.
3770 ##### Note
3772 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.
3774 ##### Note
3776 Similar examples can be constructed "leaking" a pointer from an inner scope to an outer one;
3777 such examples are handled equivalently to leaks of pointers out of a function.
3779 A slightly different variant of the problem is placing pointers in a container that outlives the objects pointed to.
3781 **See also**: Another way of getting dangling pointers is [pointer invalidation](#???).
3782 It can be detected/prevented with similar techniques.
3784 ##### Enforcement
3786 * Compilers tend to catch return of reference to locals and could in many cases catch return of pointers to locals.
3787 * Static analysis can catch many common patterns of the use of pointers indicating positions (thus eliminating dangling pointers)
3789 ### <a name="Rf-return-ref"></a>F.44: Return a `T&` when copy is undesirable and "returning no object" isn't needed
3791 ##### Reason
3793 The language guarantees that a `T&` refers to an object, so that testing for `nullptr` isn't necessary.
3795 **See also**: The return of a reference must not imply transfer of ownership:
3796 [discussion of dangling pointer prevention](#???) and [discussion of ownership](#???).
3798 ##### Example
3800     class Car
3801     {
3802         array<wheel, 4> w;
3803         // ...
3804     public:
3805         wheel& get_wheel(int i) { Expects(i < w.size()); return w[i]; }
3806         // ...
3807     };
3809     void use()
3810     {
3811         Car c;
3812         wheel& w0 = c.get_wheel(0); // w0 has the same lifetime as c
3813     }
3815 ##### Enforcement
3817 Flag functions where no `return` expression could yield `nullptr`
3819 ### <a name="Rf-return-ref-ref"></a>F.45: Don't return a `T&&`
3821 ##### Reason
3823 It's asking to return a reference to a destroyed temporary object.
3824 A `&&` is a magnet for temporary objects.
3826 ##### Example
3828 A returned rvalue reference goes out of scope at the end of the full expression to which it is returned:
3830     auto&& x = max(0, 1);   // OK, so far
3831     foo(x);                 // Undefined behavior
3833 This kind of use is a frequent source of bugs, often incorrectly reported as a compiler bug.
3834 An implementer of a function should avoid setting such traps for users.
3836 The [lifetime safety profile](#SS-lifetime) will (when completely implemented) catch such problems.
3839 ##### Example
3841 Returning an rvalue reference is fine when the reference to the temporary is being passed "downward" to a callee;
3842 then, the temporary is guaranteed to outlive the function call (see [F.18](#Rf-consume) and [F.19](#Rf-forward)).
3843 However, it's not fine when passing such a reference "upward" to a larger caller scope.
3844 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&&`).
3846 Assume that `F` returns by value:
3848     template<class F>
3849     auto&& wrapper(F f)
3850     {
3851         log_call(typeid(f)); // or whatever instrumentation
3852         return f();          // BAD: returns a reference to a temporary
3853     }
3855 Better:
3857     template<class F>
3858     auto wrapper(F f)
3859     {
3860         log_call(typeid(f)); // or whatever instrumentation
3861         return f();          // OK
3862     }
3865 ##### Exception
3867 `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 `&&`.
3869 ##### Enforcement
3871 Flag any use of `&&` as a return type, except in `std::move` and `std::forward`.
3873 ### <a name="Rf-main"></a>F.46: `int` is the return type for `main()`
3875 ##### Reason
3877 It's a language rule, but violated through "language extensions" so often that it is worth mentioning.
3878 Declaring `main` (the one global `main` of a program) `void` limits portability.
3880 ##### Example
3882         void main() { /* ... */ };  // bad, not C++
3884         int main()
3885         {
3886             std::cout << "This is the way to do it\n";
3887         }
3889 ##### Note
3891 We mention this only because of the persistence of this error in the community.
3892 Note that despite its non-void return type, the main function does not require an explicit return statement.
3894 ##### Enforcement
3896 * The compiler should do it
3897 * If the compiler doesn't do it, let tools flag it
3899 ### <a name="Rf-assignment-op"></a>F.47: Return `T&` from assignment operators
3901 ##### Reason
3903 The convention for operator overloads (especially on concrete types) is for
3904 `operator=(const T&)` to perform the assignment and then return (non-`const`)
3905 `*this`.  This ensures consistency with standard-library types and follows the
3906 principle of "do as the ints do."
3908 ##### Note
3910 Historically there was some guidance to make the assignment operator return `const T&`.
3911 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.
3913 ##### Example
3915     class Foo
3916     {
3917      public:
3918         ...
3919         Foo& operator=(const Foo& rhs)
3920         {
3921           // Copy members.
3922           ...
3923           return *this;
3924         }
3925     };
3927 ##### Enforcement
3929 This should be enforced by tooling by checking the return type (and return
3930 value) of any assignment operator.
3932 ### <a name="Rf-return-move-local"></a>F.48: Don't `return std::move(local)`
3934 ##### Reason
3936 Returning a local variable implicitly moves it anyway.
3937 An explicit `std::move` is always a pessimization, because it prevents Return Value Optimization (RVO),
3938 which can eliminate the move completely.
3940 ##### Example, bad
3942     S bad()
3943     {
3944       S result;
3945       return std::move(result);
3946     }
3948 ##### Example, good
3950     S good()
3951     {
3952       S result;
3953       // Named RVO: move elision at best, move construction at worst
3954       return result;
3955     }
3957 ##### Enforcement
3959 This should be enforced by tooling by checking the return expression .
3961 ### <a name="Rf-return-const"></a>F.49: Don't return `const T`
3963 ##### Reason
3965 It is not recommended to return a `const` value.
3966 Such older advice is now obsolete; it does not add value, and it interferes with move semantics.
3968 ##### Example
3970     const vector<int> fct();    // bad: that "const" is more trouble than it is worth
3972     void g(vector<int>& vx)
3973     {
3974         // ...
3975         fct() = vx;   // prevented by the "const"
3976         // ...
3977         vx = fct(); // expensive copy: move semantics suppressed by the "const"
3978         // ...
3979     }
3981 The argument for adding `const` to a return value is that it prevents (very rare) accidental access to a temporary.
3982 The argument against is that it prevents (very frequent) use of move semantics.
3984 **See also**: [F.20, the general item about "out" output values](#Rf-out)
3986 ##### Enforcement
3988 * Flag returning a `const` value. To fix: Remove `const` to return a non-`const` value instead.
3991 ### <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)
3993 ##### Reason
3995 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.
3997 ##### Example
3999     // writing a function that should only take an int or a string
4000     // -- overloading is natural
4001     void f(int);
4002     void f(const string&);
4004     // writing a function object that needs to capture local state and appear
4005     // at statement or expression scope -- a lambda is natural
4006     vector<work> v = lots_of_work();
4007     for (int tasknum = 0; tasknum < max; ++tasknum) {
4008         pool.run([=, &v] {
4009             /*
4010             ...
4011             ... process 1 / max - th of v, the tasknum - th chunk
4012             ...
4013             */
4014         });
4015     }
4016     pool.join();
4018 ##### Exception
4020 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.
4022 ##### Enforcement
4024 * 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.
4026 ### <a name="Rf-default-args"></a>F.51: Where there is a choice, prefer default arguments over overloading
4028 ##### Reason
4030 Default arguments simply provide alternative interfaces to a single implementation.
4031 There is no guarantee that a set of overloaded functions all implement the same semantics.
4032 The use of default arguments can avoid code replication.
4034 ##### Note
4036 There is a choice between using default argument and overloading when the alternatives are from a set of arguments of the same types.
4037 For example:
4039     void print(const string& s, format f = {});
4041 as opposed to
4043     void print(const string& s);  // use default format
4044     void print(const string& s, format f);
4046 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:
4048     void print(const char&);
4049     void print(int);
4050     void print(zstring);
4052 ##### See also
4055 [Default arguments for virtual functions](#Rh-virtual-default-arg)
4057 ##### Enforcement
4059 * 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.)
4061 ### <a name="Rf-reference-capture"></a>F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms
4063 ##### Reason
4065 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.
4067 ##### Discussion
4069 The efficiency consideration is that most types are cheaper to pass by reference than by value.
4071 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.
4073 ##### Note
4075 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.
4077 ##### Example
4079 Here, a large object (a network message) is passed to an iterative algorithm, and it is not efficient or correct to copy the message (which might not be copyable):
4081     std::for_each(begin(sockets), end(sockets), [&message](auto& socket)
4082     {
4083         socket.send(message);
4084     });
4086 ##### Example
4088 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.
4090     void send_packets(buffers& bufs)
4091     {
4092         stage encryptor([](buffer& b) { encrypt(b); });
4093         stage compressor([&](buffer& b) { compress(b); encryptor.process(b); });
4094         stage decorator([&](buffer& b) { decorate(b); compressor.process(b); });
4095         for (auto& b : bufs) { decorator.process(b); }
4096     }  // automatically blocks waiting for pipeline to finish
4098 ##### Enforcement
4100 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.)
4102 ### <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
4104 ##### Reason
4106 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.
4108 ##### Example, bad
4110     int local = 42;
4112     // Want a reference to local.
4113     // Note, that after program exits this scope,
4114     // local no longer exists, therefore
4115     // process() call will have undefined behavior!
4116     thread_pool.queue_work([&] { process(local); });
4118 ##### Example, good
4120     int local = 42;
4121     // Want a copy of local.
4122     // Since a copy of local is made, it will
4123     // always be available for the call.
4124     thread_pool.queue_work([=] { process(local); });
4126 ##### Note
4128 If a non-local pointer must be captured, consider using `unique_ptr`; this handles both lifetime and synchronization.
4130 If the `this` pointer must be captured, consider using `[*this]` capture, which creates a copy of the entire object.
4132 ##### Enforcement
4134 * (Simple) Warn when capture-list contains a reference to a locally declared variable
4135 * (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
4137 ### <a name="Rf-this-capture"></a>F.54: When writing a lambda that captures `this` or any class data member, don't use `[=]` default capture
4139 ##### Reason
4141 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.
4143 ##### Example
4145     class My_class {
4146         int x = 0;
4147         // ...
4149         void f()
4150         {
4151             int i = 0;
4152             // ...
4154             auto lambda = [=] { use(i, x); };   // BAD: "looks like" copy/value capture
4156             x = 42;
4157             lambda(); // calls use(0, 42);
4158             x = 43;
4159             lambda(); // calls use(0, 43);
4161             // ...
4163             auto lambda2 = [i, this] { use(i, x); }; // ok, most explicit and least confusing
4165             // ...
4166         }
4167     };
4169 ##### Note
4171 If you intend to capture a copy of all class data members, consider C++17 `[*this]`.
4173 ##### Enforcement
4175 * Flag any lambda capture-list that specifies a capture-default of `[=]` and also captures `this` (whether explicitly or via the default capture and a use of `this` in the body)
4177 ### <a name="F-varargs"></a>F.55: Don't use `va_arg` arguments
4179 ##### Reason
4181 Reading from a `va_arg` assumes that the correct type was actually passed.
4182 Passing to varargs assumes the correct type will be read.
4183 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.
4185 ##### Example
4187     int sum(...)
4188     {
4189         // ...
4190         while (/*...*/)
4191             result += va_arg(list, int); // BAD, assumes it will be passed ints
4192         // ...
4193     }
4195     sum(3, 2); // ok
4196     sum(3.14159, 2.71828); // BAD, undefined
4198     template<class ...Args>
4199     auto sum(Args... args) // GOOD, and much more flexible
4200     {
4201         return (... + args); // note: C++17 "fold expression"
4202     }
4204     sum(3, 2); // ok: 5
4205     sum(3.14159, 2.71828); // ok: ~5.85987
4207 ##### Alternatives
4209 * overloading
4210 * variadic templates
4211 * `variant` arguments
4212 * `initializer_list` (homogeneous)
4214 ##### Note
4216 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.
4218 ##### Enforcement
4220 * Issue a diagnostic for using `va_list`, `va_start`, or `va_arg`.
4221 * 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("type")]]`.
4224 ### <a name="F-nesting"></a>F.56: Avoid unnecessary condition nesting
4226 ##### Reason
4228 Shallow nesting of conditions makes the code easier to follow. It also makes the intent clearer.
4229 Strive to place the essential code at outermost scope, unless this obscures intent.
4231 ##### Example
4233 Use a guard-clause to take care of exceptional cases and return early.
4235     // Bad: Deep nesting
4236     void foo() {
4237         ...
4238         if (x) {
4239             computeImportantThings(x);
4240         }
4241     }
4243     // Bad: Still a redundant else.
4244     void foo() {
4245         ...
4246         if (!x) {
4247             return;
4248         }
4249         else {
4250             computeImportantThings(x);
4251         }
4252     }
4254     // Good: Early return, no redundant else
4255     void foo() {
4256         ...
4257         if (!x)
4258             return;
4260         computeImportantThings(x);
4261     }
4263 ##### Example
4265     // Bad: Unnecessary nesting of conditions
4266     void foo() {
4267         ...
4268         if (x) {
4269             if (y) {
4270                 computeImportantThings(x);
4271             }
4272         }
4273     }
4275     // Good: Merge conditions + return early
4276     void foo() {
4277         ...
4278         if (!(x && y))
4279             return;
4281         computeImportantThings(x);
4282     }
4284 ##### Enforcement
4286 Flag a redundant `else`.
4287 Flag a functions whose body is simply a conditional statement enclosing a block.
4290 # <a name="S-class"></a>C: Classes and class hierarchies
4292 A class is a user-defined type, for which a programmer can define the representation, operations, and interfaces.
4293 Class hierarchies are used to organize related classes into hierarchical structures.
4295 Class rule summary:
4297 * [C.1: Organize related data into structures (`struct`s or `class`es)](#Rc-org)
4298 * [C.2: Use `class` if the class has an invariant; use `struct` if the data members can vary independently](#Rc-struct)
4299 * [C.3: Represent the distinction between an interface and an implementation using a class](#Rc-interface)
4300 * [C.4: Make a function a member only if it needs direct access to the representation of a class](#Rc-member)
4301 * [C.5: Place helper functions in the same namespace as the class they support](#Rc-helper)
4302 * [C.7: Don't define a class or enum and declare a variable of its type in the same statement](#Rc-standalone)
4303 * [C.8: Use `class` rather than `struct` if any member is non-public](#Rc-class)
4304 * [C.9: Minimize exposure of members](#Rc-private)
4306 Subsections:
4308 * [C.concrete: Concrete types](#SS-concrete)
4309 * [C.ctor: Constructors, assignments, and destructors](#S-ctor)
4310 * [C.con: Containers and other resource handles](#SS-containers)
4311 * [C.lambdas: Function objects and lambdas](#SS-lambdas)
4312 * [C.hier: Class hierarchies (OOP)](#SS-hier)
4313 * [C.over: Overloading and overloaded operators](#SS-overload)
4314 * [C.union: Unions](#SS-union)
4316 ### <a name="Rc-org"></a>C.1: Organize related data into structures (`struct`s or `class`es)
4318 ##### Reason
4320 Ease of comprehension.
4321 If data is related (for fundamental reasons), that fact should be reflected in code.
4323 ##### Example
4325     void draw(int x, int y, int x2, int y2);  // BAD: unnecessary implicit relationships
4326     void draw(Point from, Point to);          // better
4328 ##### Note
4330 A simple class without virtual functions implies no space or time overhead.
4332 ##### Note
4334 From a language perspective `class` and `struct` differ only in the default visibility of their members.
4336 ##### Enforcement
4338 Probably impossible. Maybe a heuristic looking for data items used together is possible.
4340 ### <a name="Rc-struct"></a>C.2: Use `class` if the class has an invariant; use `struct` if the data members can vary independently
4342 ##### Reason
4344 Readability.
4345 Ease of comprehension.
4346 The use of `class` alerts the programmer to the need for an invariant.
4347 This is a useful convention.
4349 ##### Note
4351 An invariant is a logical condition for the members of an object that a constructor must establish for the public member functions to assume.
4352 After the invariant is established (typically by a constructor) every member function can be called for the object.
4353 An invariant can be stated informally (e.g., in a comment) or more formally using `Expects`.
4355 If all data members can vary independently of each other, no invariant is possible.
4357 ##### Example
4359     struct Pair {  // the members can vary independently
4360         string name;
4361         int volume;
4362     };
4364 but:
4366     class Date {
4367     public:
4368         // validate that {yy, mm, dd} is a valid date and initialize
4369         Date(int yy, Month mm, char dd);
4370         // ...
4371     private:
4372         int y;
4373         Month m;
4374         char d;    // day
4375     };
4377 ##### Note
4379 If a class has any `private` data, a user cannot completely initialize an object without the use of a constructor.
4380 Hence, the class definer will provide a constructor and must specify its meaning.
4381 This effectively means the definer need to define an invariant.
4383 **See also**:
4385 * [define a class with private data as `class`](#Rc-class)
4386 * [Prefer to place the interface first in a class](#Rl-order)
4387 * [minimize exposure of members](#Rc-private)
4388 * [Avoid `protected` data](#Rh-protected)
4390 ##### Enforcement
4392 Look for `struct`s with all data private and `class`es with public members.
4394 ### <a name="Rc-interface"></a>C.3: Represent the distinction between an interface and an implementation using a class
4396 ##### Reason
4398 An explicit distinction between interface and implementation improves readability and simplifies maintenance.
4400 ##### Example
4402     class Date {
4403     public:
4404         Date();
4405         // validate that {yy, mm, dd} is a valid date and initialize
4406         Date(int yy, Month mm, char dd);
4408         int day() const;
4409         Month month() const;
4410         // ...
4411     private:
4412         // ... some representation ...
4413     };
4415 For example, we can now change the representation of a `Date` without affecting its users (recompilation is likely, though).
4417 ##### Note
4419 Using a class in this way to represent the distinction between interface and implementation is of course not the only way.
4420 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.
4421 The most important issue is to explicitly distinguish between an interface and its implementation "details."
4422 Ideally, and typically, an interface is far more stable than its implementation(s).
4424 ##### Enforcement
4428 ### <a name="Rc-member"></a>C.4: Make a function a member only if it needs direct access to the representation of a class
4430 ##### Reason
4432 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.
4434 ##### Example
4436     class Date {
4437         // ... relatively small interface ...
4438     };
4440     // helper functions:
4441     Date next_weekday(Date);
4442     bool operator==(Date, Date);
4444 The "helper functions" have no need for direct access to the representation of a `Date`.
4446 ##### Note
4448 This rule becomes even better if C++ gets ["uniform function call"](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0251r0.pdf).
4450 ##### Exception
4452 The language requires `virtual` functions to be members, and not all `virtual` functions directly access data.
4453 In particular, members of an abstract class rarely do.
4455 Note [multi-methods](https://web.archive.org/web/20200605021759/https://parasol.tamu.edu/~yuriys/papers/OMM10.pdf).
4457 ##### Exception
4459 The language requires operators `=`, `()`, `[]`, and `->` to be members.
4461 ##### Exception
4463 An overload set could have some members that do not directly access `private` data:
4465     class Foobar {
4466     public:
4467         void foo(long x) { /* manipulate private data */ }
4468         void foo(double x) { foo(std::lround(x)); }
4469         // ...
4470     private:
4471         // ...
4472     };
4474 ##### Exception
4476 Similarly, a set of functions could be designed to be used in a chain:
4478     x.scale(0.5).rotate(45).set_color(Color::red);
4480 Typically, some but not all of such functions directly access `private` data.
4482 ##### Enforcement
4484 * Look for non-`virtual` member functions that do not touch data members directly.
4485 The snag is that many member functions that do not need to touch data members directly do.
4486 * Ignore `virtual` functions.
4487 * Ignore functions that are part of an overload set out of which at least one function accesses `private` members.
4488 * Ignore functions returning `this`.
4490 ### <a name="Rc-helper"></a>C.5: Place helper functions in the same namespace as the class they support
4492 ##### Reason
4494 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.
4495 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.
4497 ##### Example
4499     namespace Chrono { // here we keep time-related services
4501         class Time { /* ... */ };
4502         class Date { /* ... */ };
4504         // helper functions:
4505         bool operator==(Date, Date);
4506         Date next_weekday(Date);
4507         // ...
4508     }
4510 ##### Note
4512 This is especially important for [overloaded operators](#Ro-namespace).
4514 ##### Enforcement
4516 * Flag global functions taking argument types from a single namespace.
4518 ### <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
4520 ##### Reason
4522 Mixing a type definition and the definition of another entity in the same declaration is confusing and unnecessary.
4524 ##### Example, bad
4526     struct Data { /*...*/ } data{ /*...*/ };
4528 ##### Example, good
4530     struct Data { /*...*/ };
4531     Data data{ /*...*/ };
4533 ##### Enforcement
4535 * Flag if the `}` of a class or enumeration definition is not followed by a `;`. The `;` is missing.
4537 ### <a name="Rc-class"></a>C.8: Use `class` rather than `struct` if any member is non-public
4539 ##### Reason
4541 Readability.
4542 To make it clear that something is being hidden/abstracted.
4543 This is a useful convention.
4545 ##### Example, bad
4547     struct Date {
4548         int d, m;
4550         Date(int i, Month m);
4551         // ... lots of functions ...
4552     private:
4553         int y;  // year
4554     };
4556 There is nothing wrong with this code as far as the C++ language rules are concerned,
4557 but nearly everything is wrong from a design perspective.
4558 The private data is hidden far from the public data.
4559 The data is split in different parts of the class declaration.
4560 Different parts of the data have different access.
4561 All of this decreases readability and complicates maintenance.
4563 ##### Note
4565 Prefer to place the interface first in a class, [see NL.16](#Rl-order).
4567 ##### Enforcement
4569 Flag classes declared with `struct` if there is a `private` or `protected` member.
4571 ### <a name="Rc-private"></a>C.9: Minimize exposure of members
4573 ##### Reason
4575 Encapsulation.
4576 Information hiding.
4577 Minimize the chance of unintended access.
4578 This simplifies maintenance.
4580 ##### Example
4582     template<typename T, typename U>
4583     struct pair {
4584         T a;
4585         U b;
4586         // ...
4587     };
4589 Whatever we do in the `//`-part, an arbitrary user of a `pair` can arbitrarily and independently change its `a` and `b`.
4590 In a large code base, we cannot easily find which code does what to the members of `pair`.
4591 This might be exactly what we want, but if we want to enforce a relation among members, we need to make them `private`
4592 and enforce that relation (invariant) through constructors and member functions.
4593 For example:
4595     class Distance {
4596     public:
4597         // ...
4598         double meters() const { return magnitude*unit; }
4599         void set_unit(double u)
4600         {
4601                 // ... check that u is a factor of 10 ...
4602                 // ... change magnitude appropriately ...
4603                 unit = u;
4604         }
4605         // ...
4606     private:
4607         double magnitude;
4608         double unit;    // 1 is meters, 1000 is kilometers, 0.001 is millimeters, etc.
4609     };
4611 ##### Note
4613 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.
4614 For `public` and `protected` data, that's usually the case.
4616 ##### Example
4618 A class can provide two interfaces to its users.
4619 One for derived classes (`protected`) and one for general users (`public`).
4620 For example, a derived class might be allowed to skip a run-time check because it has already guaranteed correctness:
4622     class Foo {
4623     public:
4624         int bar(int x) { check(x); return do_bar(x); }
4625         // ...
4626     protected:
4627         int do_bar(int x); // do some operation on the data
4628         // ...
4629     private:
4630         // ... data ...
4631     };
4633     class Dir : public Foo {
4634         //...
4635         int mem(int x, int y)
4636         {
4637             /* ... do something ... */
4638             return do_bar(x + y); // OK: derived class can bypass check
4639         }
4640     };
4642     void user(Foo& x)
4643     {
4644         int r1 = x.bar(1);      // OK, will check
4645         int r2 = x.do_bar(2);   // error: would bypass check
4646         // ...
4647     }
4649 ##### Note
4651 [`protected` data is a bad idea](#Rh-protected).
4653 ##### Note
4655 Prefer the order `public` members before `protected` members before `private` members; see [NL.16](#Rl-order).
4657 ##### Enforcement
4659 * [Flag protected data](#Rh-protected).
4660 * Flag mixtures of `public` and `private` data
4662 ## <a name="SS-concrete"></a>C.concrete: Concrete types
4664 Concrete type rule summary:
4666 * [C.10: Prefer concrete types over class hierarchies](#Rc-concrete)
4667 * [C.11: Make concrete types regular](#Rc-regular)
4668 * [C.12: Don't make data members `const` or references in a copyable or movable type](#Rc-constref)
4671 ### <a name="Rc-concrete"></a>C.10: Prefer concrete types over class hierarchies
4673 ##### Reason
4675 A concrete type is fundamentally simpler than a type in a class hierarchy:
4676 easier to design, easier to implement, easier to use, easier to reason about, smaller, and faster.
4677 You need a reason (use cases) for using a hierarchy.
4679 ##### Example
4681     class Point1 {
4682         int x, y;
4683         // ... operations ...
4684         // ... no virtual functions ...
4685     };
4687     class Point2 {
4688         int x, y;
4689         // ... operations, some virtual ...
4690         virtual ~Point2();
4691     };
4693     void use()
4694     {
4695         Point1 p11 {1, 2};   // make an object on the stack
4696         Point1 p12 {p11};    // a copy
4698         auto p21 = make_unique<Point2>(1, 2);   // make an object on the free store
4699         auto p22 = p21->clone();                // make a copy
4700         // ...
4701     }
4703 If a class is part of a hierarchy, we (in real code if not necessarily in small examples) must manipulate its objects through pointers or references.
4704 That implies more memory overhead, more allocations and deallocations, and more run-time overhead to perform the resulting indirections.
4706 ##### Note
4708 Concrete types can be stack-allocated and be members of other classes.
4710 ##### Note
4712 The use of indirection is fundamental for run-time polymorphic interfaces.
4713 The allocation/deallocation overhead is not (that's just the most common case).
4714 We can use a base class as the interface of a scoped object of a derived class.
4715 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.
4718 ##### Enforcement
4723 ### <a name="Rc-regular"></a>C.11: Make concrete types regular
4725 ##### Reason
4727 Regular types are easier to understand and reason about than types that are not regular (irregularities requires extra effort to understand and use).
4729 The C++ built-in types are regular, and so are standard-library classes such as `string`, `vector`, and `map`. Concrete classes without assignment and equality can be defined, but they are (and should be) rare.
4731 ##### Example
4733     struct Bundle {
4734         string name;
4735         vector<Record> vr;
4736     };
4738     bool operator==(const Bundle& a, const Bundle& b)
4739     {
4740         return a.name == b.name && a.vr == b.vr;
4741     }
4743     Bundle b1 { "my bundle", {r1, r2, r3}};
4744     Bundle b2 = b1;
4745     if (!(b1 == b2)) error("impossible!");
4746     b2.name = "the other bundle";
4747     if (b1 == b2) error("No!");
4749 In particular, if a concrete type is copyable, prefer to also give it an equality comparison operator, and ensure that `a = b` implies `a == b`.
4751 ##### Note
4753 For structs intended to be shared with C code, defining `operator==` may not be feasible.
4755 ##### Note
4757 Handles for resources that cannot be cloned, e.g., a `scoped_lock` for a `mutex`, are concrete types but typically cannot be copied (instead, they can usually be moved),
4758 so they can't be regular; instead, they tend to be move-only.
4760 ##### Enforcement
4765 ### <a name="Rc-constref"></a>C.12: Don't make data members `const` or references in a copyable or movable type
4767 ##### Reason
4769 `const` and reference data members are not useful in a copyable or movable type, and make such types difficult to use by making them at least partly uncopyable/unmovable for subtle reasons.
4771 ##### Example; bad
4773     class bad {
4774         const int i;    // bad
4775         string& s;      // bad
4776         // ...
4777     };
4779 The `const` and `&` data members make this class "only-sort-of-copyable" -- copy-constructible but not copy-assignable.
4781 ##### Note
4783 If you need a member to point to something, use a pointer (raw or smart, and `gsl::not_null` if it should not be null) instead of a reference.
4785 ##### Enforcement
4787 Flag a data member that is `const`, `&`, or `&&` in a type that has any copy or move operation.
4791 ## <a name="S-ctor"></a>C.ctor: Constructors, assignments, and destructors
4793 These functions control the lifecycle of objects: creation, copy, move, and destruction.
4794 Define constructors to guarantee and simplify initialization of classes.
4796 These are *default operations*:
4798 * a default constructor: `X()`
4799 * a copy constructor: `X(const X&)`
4800 * a copy assignment: `operator=(const X&)`
4801 * a move constructor: `X(X&&)`
4802 * a move assignment: `operator=(X&&)`
4803 * a destructor: `~X()`
4805 By default, the compiler defines each of these operations if it is used, but the default can be suppressed.
4807 The default operations are a set of related operations that together implement the lifecycle semantics of an object.
4808 By default, C++ treats classes as value-like types, but not all types are value-like.
4810 Set of default operations rules:
4812 * [C.20: If you can avoid defining any default operations, do](#Rc-zero)
4813 * [C.21: If you define or `=delete` any copy, move, or destructor function, define or `=delete` them all](#Rc-five)
4814 * [C.22: Make default operations consistent](#Rc-matched)
4816 Destructor rules:
4818 * [C.30: Define a destructor if a class needs an explicit action at object destruction](#Rc-dtor)
4819 * [C.31: All resources acquired by a class must be released by the class's destructor](#Rc-dtor-release)
4820 * [C.32: If a class has a raw pointer (`T*`) or reference (`T&`), consider whether it might be owning](#Rc-dtor-ptr)
4821 * [C.33: If a class has an owning pointer member, define a destructor](#Rc-dtor-ptr2)
4822 * [C.35: A base class destructor should be either public and virtual, or protected and non-virtual](#Rc-dtor-virtual)
4823 * [C.36: A destructor must not fail](#Rc-dtor-fail)
4824 * [C.37: Make destructors `noexcept`](#Rc-dtor-noexcept)
4826 Constructor rules:
4828 * [C.40: Define a constructor if a class has an invariant](#Rc-ctor)
4829 * [C.41: A constructor should create a fully initialized object](#Rc-complete)
4830 * [C.42: If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception](#Rc-throw)
4831 * [C.43: Ensure that a copyable class has a default constructor](#Rc-default0)
4832 * [C.44: Prefer default constructors to be simple and non-throwing](#Rc-default00)
4833 * [C.45: Don't define a default constructor that only initializes data members; use member initializers instead](#Rc-default)
4834 * [C.46: By default, declare single-argument constructors `explicit`](#Rc-explicit)
4835 * [C.47: Define and initialize data members in the order of member declaration](#Rc-order)
4836 * [C.48: Prefer default member initializers to member initializers in constructors for constant initializers](#Rc-in-class-initializer)
4837 * [C.49: Prefer initialization to assignment in constructors](#Rc-initialize)
4838 * [C.50: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization](#Rc-factory)
4839 * [C.51: Use delegating constructors to represent common actions for all constructors of a class](#Rc-delegating)
4840 * [C.52: Use inheriting constructors to import constructors into a derived class that does not need further explicit initialization](#Rc-inheriting)
4842 Copy and move rules:
4844 * [C.60: Make copy assignment non-`virtual`, take the parameter by `const&`, and return by non-`const&`](#Rc-copy-assignment)
4845 * [C.61: A copy operation should copy](#Rc-copy-semantic)
4846 * [C.62: Make copy assignment safe for self-assignment](#Rc-copy-self)
4847 * [C.63: Make move assignment non-`virtual`, take the parameter by `&&`, and return by non-`const&`](#Rc-move-assignment)
4848 * [C.64: A move operation should move and leave its source in a valid state](#Rc-move-semantic)
4849 * [C.65: Make move assignment safe for self-assignment](#Rc-move-self)
4850 * [C.66: Make move operations `noexcept`](#Rc-move-noexcept)
4851 * [C.67: A polymorphic class should suppress public copy/move](#Rc-copy-virtual)
4853 Other default operations rules:
4855 * [C.80: Use `=default` if you have to be explicit about using the default semantics](#Rc-eqdefault)
4856 * [C.81: Use `=delete` when you want to disable default behavior (without wanting an alternative)](#Rc-delete)
4857 * [C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors](#Rc-ctor-virtual)
4858 * [C.83: For value-like types, consider providing a `noexcept` swap function](#Rc-swap)
4859 * [C.84: A `swap` must not fail](#Rc-swap-fail)
4860 * [C.85: Make `swap` `noexcept`](#Rc-swap-noexcept)
4861 * [C.86: Make `==` symmetric with respect of operand types and `noexcept`](#Rc-eq)
4862 * [C.87: Beware of `==` on base classes](#Rc-eq-base)
4863 * [C.89: Make a `hash` `noexcept`](#Rc-hash)
4864 * [C.90: Rely on constructors and assignment operators, not memset and memcpy](#Rc-memset)
4866 ## <a name="SS-defop"></a>C.defop: Default Operations
4868 By default, the language supplies the default operations with their default semantics.
4869 However, a programmer can disable or replace these defaults.
4871 ### <a name="Rc-zero"></a>C.20: If you can avoid defining default operations, do
4873 ##### Reason
4875 It's the simplest and gives the cleanest semantics.
4877 ##### Example
4879     struct Named_map {
4880     public:
4881         Named_map() : name("empty") {}
4882         // ... no default operations declared ...
4883     private:
4884         string name;
4885         map<int, int> rep;
4886     };
4888     Named_map nm;        // default construct
4889     Named_map nm2 {nm};  // copy construct
4891 Since `std::map` and `string` have all the special functions, no further work is needed.
4893 ##### Note
4895 This is known as "the rule of zero".
4897 ##### Enforcement
4899 (Not enforceable) While not enforceable, a good static analyzer can detect patterns that indicate a possible improvement to meet this rule.
4900 For example, a class with a (pointer, size) pair of members and a destructor that `delete`s the pointer could probably be converted to a `vector`.
4902 ### <a name="Rc-five"></a>C.21: If you define or `=delete` any copy, move, or destructor function, define or `=delete` them all
4904 ##### Reason
4906 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.
4908 Declaring any copy/move/destructor function,
4909 even as `=default` or `=delete`, will suppress the implicit declaration
4910 of a move constructor and move assignment operator.
4911 Declaring a move constructor or move assignment operator, even as
4912 `=default` or `=delete`, will cause an implicitly generated copy constructor
4913 or implicitly generated copy assignment operator to be defined as deleted.
4914 So as soon as any of these are declared, the others should
4915 all be declared to avoid unwanted effects like turning all potential moves
4916 into more expensive copies, or making a class move-only.
4918 ##### Example, bad
4920     struct M2 {   // bad: incomplete set of copy/move/destructor operations
4921     public:
4922         // ...
4923         // ... no copy or move operations ...
4924         ~M2() { delete[] rep; }
4925     private:
4926         pair<int, int>* rep;  // zero-terminated set of pairs
4927     };
4929     void use()
4930     {
4931         M2 x;
4932         M2 y;
4933         // ...
4934         x = y;   // the default assignment
4935         // ...
4936     }
4938 Given that "special attention" was needed for the destructor (here, to deallocate), the likelihood that the implicitly-defined copy and move assignment operators will be correct is low (here, we would get double deletion).
4940 ##### Note
4942 This is known as "the rule of five."
4944 ##### Note
4946 If you want a default implementation (while defining another), write `=default` to show you're doing so intentionally for that function.
4947 If you don't want a generated default function, suppress it with `=delete`.
4949 ##### Example, good
4951 When a destructor needs to be declared just to make it `virtual`, it can be
4952 defined as defaulted.
4954     class AbstractBase {
4955     public:
4956         virtual void foo() = 0;  // at least one abstract method to make the class abstract
4957         virtual ~AbstractBase() = default;
4958         // ...
4959     };
4961 To prevent slicing as per [C.67](#Rc-copy-virtual),
4962 make the copy and move operations protected or `=delete`d, and add a `clone`:
4964     class CloneableBase {
4965     public:
4966         virtual unique_ptr<CloneableBase> clone() const;
4967         virtual ~CloneableBase() = default;
4968         CloneableBase() = default;
4969         CloneableBase(const CloneableBase&) = delete;
4970         CloneableBase& operator=(const CloneableBase&) = delete;
4971         CloneableBase(CloneableBase&&) = delete;
4972         CloneableBase& operator=(CloneableBase&&) = delete;
4973         // ... other constructors and functions ...
4974     };
4976 Defining only the move operations or only the copy operations would have the
4977 same effect here, but stating the intent explicitly for each special member
4978 makes it more obvious to the reader.
4980 ##### Note
4982 Compilers enforce much of this rule and ideally warn about any violation.
4984 ##### Note
4986 Relying on an implicitly generated copy operation in a class with a destructor is deprecated.
4988 ##### Note
4990 Writing these functions can be error-prone.
4991 Note their argument types:
4993     class X {
4994     public:
4995         // ...
4996         virtual ~X() = default;               // destructor (virtual if X is meant to be a base class)
4997         X(const X&) = default;                // copy constructor
4998         X& operator=(const X&) = default;     // copy assignment
4999         X(X&&) noexcept = default;            // move constructor
5000         X& operator=(X&&) noexcept = default; // move assignment
5001     };
5003 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.
5004 To avoid the tedium and the possibility of errors, try to follow the [rule of zero](#Rc-zero).
5006 ##### Enforcement
5008 (Simple) A class should have a declaration (even a `=delete` one) for either all or none of the copy/move/destructor functions.
5010 ### <a name="Rc-matched"></a>C.22: Make default operations consistent
5012 ##### Reason
5014 The default operations are conceptually a matched set. Their semantics are interrelated.
5015 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.
5017 ##### Example, bad
5019     class Silly {   // BAD: Inconsistent copy operations
5020         class Impl {
5021             // ...
5022         };
5023         shared_ptr<Impl> p;
5024     public:
5025         Silly(const Silly& a) : p(make_shared<Impl>()) { *p = *a.p; }   // deep copy
5026         Silly& operator=(const Silly& a) { p = a.p; return *this; }   // shallow copy
5027         // ...
5028     };
5030 These operations disagree about copy semantics. This will lead to confusion and bugs.
5032 ##### Enforcement
5034 * (Complex) A copy/move constructor and the corresponding copy/move assignment operator should write to the same data members at the same level of dereference.
5035 * (Complex) Any data members written in a copy/move constructor should also be initialized by all other constructors.
5036 * (Complex) If a copy/move constructor performs a deep copy of a data member, then the destructor should modify the data member.
5037 * (Complex) If a destructor is modifying a data member, that data member should be written in any copy/move constructors or assignment operators.
5039 ## <a name="SS-dtor"></a>C.dtor: Destructors
5041 "Does this class need a destructor?" is a surprisingly insightful design question.
5042 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);
5043 that is, its members can take care of themselves as concerns destruction.
5044 If the answer is "yes", much of the design of the class follows (see [the rule of five](#Rc-five)).
5046 ### <a name="Rc-dtor"></a>C.30: Define a destructor if a class needs an explicit action at object destruction
5048 ##### Reason
5050 A destructor is implicitly invoked at the end of an object's lifetime.
5051 If the default destructor is sufficient, use it.
5052 Only define a non-default destructor if a class needs to execute code that is not already part of its members' destructors.
5054 ##### Example
5056     template<typename A>
5057     struct final_action {   // slightly simplified
5058         A act;
5059         final_action(A a) : act{a} {}
5060         ~final_action() { act(); }
5061     };
5063     template<typename A>
5064     final_action<A> finally(A act)   // deduce action type
5065     {
5066         return final_action<A>{act};
5067     }
5069     void test()
5070     {
5071         auto act = finally([] { cout << "Exit test\n"; });  // establish exit action
5072         // ...
5073         if (something) return;   // act done here
5074         // ...
5075     } // act done here
5077 The whole purpose of `final_action` is to get a piece of code (usually a lambda) executed upon destruction.
5079 ##### Note
5081 There are two general categories of classes that need a user-defined destructor:
5083 * A class with a resource that is not already represented as a class with a destructor, e.g., a `vector` or a transaction class.
5084 * A class that exists primarily to execute an action upon destruction, such as a tracer or `final_action`.
5086 ##### Example, bad
5088     class Foo {   // bad; use the default destructor
5089     public:
5090         // ...
5091         ~Foo() { s = ""; i = 0; vi.clear(); }  // clean up
5092     private:
5093         string s;
5094         int i;
5095         vector<int> vi;
5096     };
5098 The default destructor does it better, more efficiently, and can't get it wrong.
5100 ##### Enforcement
5102 Look for likely "implicit resources", such as pointers and references. Look for classes with destructors even though all their data members have destructors.
5104 ### <a name="Rc-dtor-release"></a>C.31: All resources acquired by a class must be released by the class's destructor
5106 ##### Reason
5108 Prevention of resource leaks, especially in error cases.
5110 ##### Note
5112 For resources represented as classes with a complete set of default operations, this happens automatically.
5114 ##### Example
5116     class X {
5117         ifstream f;   // might own a file
5118         // ... no default operations defined or =deleted ...
5119     };
5121 `X`'s `ifstream` implicitly closes any file it might have open upon destruction of its `X`.
5123 ##### Example, bad
5125     class X2 {     // bad
5126         FILE* f;   // might own a file
5127         // ... no default operations defined or =deleted ...
5128     };
5130 `X2` might leak a file handle.
5132 ##### Note
5134 What about a socket that won't close? A destructor, close, or cleanup operation [should never fail](#Rc-dtor-fail).
5135 If it does nevertheless, we have a problem that has no really good solution.
5136 For starters, the writer of a destructor does not know why the destructor is called and cannot "refuse to act" by throwing an exception.
5137 See [discussion](#Sd-never-fail).
5138 To make the problem worse, many "close/release" operations are not retryable.
5139 Many have tried to solve this problem, but no general solution is known.
5140 If at all possible, consider failure to close/cleanup a fundamental design error and terminate.
5142 ##### Note
5144 A class can hold pointers and references to objects that it does not own.
5145 Obviously, such objects should not be `delete`d by the class's destructor.
5146 For example:
5148     Preprocessor pp { /* ... */ };
5149     Parser p { pp, /* ... */ };
5150     Type_checker tc { p, /* ... */ };
5152 Here `p` refers to `pp` but does not own it.
5154 ##### Enforcement
5156 * (Simple) If a class has pointer or reference members that are owners
5157   (e.g., deemed owners by using `gsl::owner`), then they should be referenced in its destructor.
5158 * (Hard) Determine if pointer or reference members are owners when there is no explicit statement of ownership
5159   (e.g., look into the constructors).
5161 ### <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
5163 ##### Reason
5165 There is a lot of code that is non-specific about ownership.
5167 ##### Example
5169     class legacy_class
5170     {
5171         foo* m_owning;   // Bad: change to unique_ptr<T> or owner<T*>
5172         bar* m_observer; // OK: keep
5173     }
5175 The only way to determine ownership may be code analysis.
5177 ##### Note
5179 Ownership should be clear in new code (and refactored legacy code) according to [R.20](#Rr-owner) for owning
5180 pointers and [R.3](#Rr-ptr) for non-owning pointers.  References should never own [R.4](#Rr-ref).
5182 ##### Enforcement
5184 Look at the initialization of raw member pointers and member references and see if an allocation is used.
5186 ### <a name="Rc-dtor-ptr2"></a>C.33: If a class has an owning pointer member, define a destructor
5188 ##### Reason
5190 An owned object must be `deleted` upon destruction of the object that owns it.
5192 ##### Example
5194 A pointer member could represent a resource.
5195 [A `T*` should not do so](#Rr-ptr), but in older code, that's common.
5196 Consider a `T*` a possible owner and therefore suspect.
5198     template<typename T>
5199     class Smart_ptr {
5200         T* p;   // BAD: vague about ownership of *p
5201         // ...
5202     public:
5203         // ... no user-defined default operations ...
5204     };
5206     void use(Smart_ptr<int> p1)
5207     {
5208         // error: p2.p leaked (if not nullptr and not owned by some other code)
5209         auto p2 = p1;
5210     }
5212 Note that if you define a destructor, you must define or delete [all default operations](#Rc-five):
5214     template<typename T>
5215     class Smart_ptr2 {
5216         T* p;   // BAD: vague about ownership of *p
5217         // ...
5218     public:
5219         // ... no user-defined copy operations ...
5220         ~Smart_ptr2() { delete p; }  // p is an owner!
5221     };
5223     void use(Smart_ptr2<int> p1)
5224     {
5225         auto p2 = p1;   // error: double deletion
5226     }
5228 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:
5230     template<typename T>
5231     class Smart_ptr3 {
5232         owner<T*> p;   // OK: explicit about ownership of *p
5233         // ...
5234     public:
5235         // ...
5236         // ... copy and move operations ...
5237         ~Smart_ptr3() { delete p; }
5238     };
5240     void use(Smart_ptr3<int> p1)
5241     {
5242         auto p2 = p1;   // OK: no double deletion
5243     }
5245 ##### Note
5247 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.
5249 ##### Note
5251 Why not just require all owning pointers to be "smart pointers"?
5252 That would sometimes require non-trivial code changes and might affect ABIs.
5254 ##### Enforcement
5256 * A class with a pointer data member is suspect.
5257 * A class with an `owner<T>` should define its default operations.
5260 ### <a name="Rc-dtor-virtual"></a>C.35: A base class destructor should be either public and virtual, or protected and non-virtual
5262 ##### Reason
5264 To prevent undefined behavior.
5265 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.
5266 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.
5267 In general, the writer of a base class does not know the appropriate action to be done upon destruction.
5269 ##### Discussion
5271 See [this in the Discussion section](#Sd-dtor).
5273 ##### Example, bad
5275     struct Base {  // BAD: implicitly has a public non-virtual destructor
5276         virtual void f();
5277     };
5279     struct D : Base {
5280         string s {"a resource needing cleanup"};
5281         ~D() { /* ... do some cleanup ... */ }
5282         // ...
5283     };
5285     void use()
5286     {
5287         unique_ptr<Base> p = make_unique<D>();
5288         // ...
5289     } // p's destruction calls ~Base(), not ~D(), which leaks D::s and possibly more
5291 ##### Note
5293 A virtual function defines an interface to derived classes that can be used without looking at the derived classes.
5294 If the interface allows destroying, it should be safe to do so.
5296 ##### Note
5298 A destructor must be non-private or it will prevent using the type:
5300     class X {
5301         ~X();   // private destructor
5302         // ...
5303     };
5305     void use()
5306     {
5307         X a;                        // error: cannot destroy
5308         auto p = make_unique<X>();  // error: cannot destroy
5309     }
5311 ##### Exception
5313 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.
5316 ##### Enforcement
5318 * A class with any virtual functions should have a destructor that is either public and virtual or else protected and non-virtual.
5319 * If a class inherits publicly from a base class, the base class should have a destructor that is either public and virtual or else protected and non-virtual.
5321 ### <a name="Rc-dtor-fail"></a>C.36: A destructor must not fail
5323 ##### Reason
5325 In general we do not know how to write error-free code if a destructor should fail.
5326 The standard library requires that all classes it deals with have destructors that do not exit by throwing.
5328 ##### Example
5330     class X {
5331     public:
5332         ~X() noexcept;
5333         // ...
5334     };
5336     X::~X() noexcept
5337     {
5338         // ...
5339         if (cannot_release_a_resource) terminate();
5340         // ...
5341     }
5343 ##### Note
5345 Many have tried to devise a fool-proof scheme for dealing with failure in destructors.
5346 None have succeeded to come up with a general scheme.
5347 This can be a real practical problem: For example, what about a socket that won't close?
5348 The writer of a destructor does not know why the destructor is called and cannot "refuse to act" by throwing an exception.
5349 See [discussion](#Sd-never-fail).
5350 To make the problem worse, many "close/release" operations are not retryable.
5351 If at all possible, consider failure to close/cleanup a fundamental design error and terminate.
5353 ##### Note
5355 Declare a destructor `noexcept`. That will ensure that it either completes normally or terminates the program.
5357 ##### Note
5359 If a resource cannot be released and the program must not fail, try to signal the failure to the rest of the system somehow
5360 (maybe even by modifying some global state and hope something will notice and be able to take care of the problem).
5361 Be fully aware that this technique is special-purpose and error-prone.
5362 Consider the "my connection will not close" example.
5363 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.
5364 The destructor could send a message (somehow) to the responsible part of the system, consider that to have closed the connection, and return normally.
5366 ##### Note
5368 If a destructor uses operations that could fail, it can catch exceptions and in some cases still complete successfully
5369 (e.g., by using a different clean-up mechanism from the one that threw an exception).
5371 ##### Enforcement
5373 (Simple) A destructor should be declared `noexcept` if it could throw.
5375 ### <a name="Rc-dtor-noexcept"></a>C.37: Make destructors `noexcept`
5377 ##### Reason
5379  [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.
5381 ##### Note
5383 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.
5385 ##### Example
5387 Not all destructors are noexcept by default; one throwing member poisons the whole class hierarchy
5389     struct X {
5390         Details x;  // happens to have a throwing destructor
5391         // ...
5392         ~X() { }    // implicitly noexcept(false); aka can throw
5393     };
5395 So, if in doubt, declare a destructor noexcept.
5397 ##### Note
5399 Why not then declare all destructors noexcept?
5400 Because that would in many cases -- especially simple cases -- be distracting clutter.
5402 ##### Enforcement
5404 (Simple) A destructor should be declared `noexcept` if it could throw.
5406 ## <a name="SS-ctor"></a>C.ctor: Constructors
5408 A constructor defines how an object is initialized (constructed).
5410 ### <a name="Rc-ctor"></a>C.40: Define a constructor if a class has an invariant
5412 ##### Reason
5414 That's what constructors are for.
5416 ##### Example
5418     class Date {  // a Date represents a valid date
5419                   // in the January 1, 1900 to December 31, 2100 range
5420         Date(int dd, int mm, int yy)
5421             :d{dd}, m{mm}, y{yy}
5422         {
5423             if (!is_valid(d, m, y)) throw Bad_date{};  // enforce invariant
5424         }
5425         // ...
5426     private:
5427         int d, m, y;
5428     };
5430 It is often a good idea to express the invariant as an `Ensures` on the constructor.
5432 ##### Note
5434 A constructor can be used for convenience even if a class does not have an invariant. For example:
5436     struct Rec {
5437         string s;
5438         int i {0};
5439         Rec(const string& ss) : s{ss} {}
5440         Rec(int ii) :i{ii} {}
5441     };
5443     Rec r1 {7};
5444     Rec r2 {"Foo bar"};
5446 ##### Note
5448 The C++11 initializer list rule eliminates the need for many constructors. For example:
5450     struct Rec2{
5451         string s;
5452         int i;
5453         Rec2(const string& ss, int ii = 0) :s{ss}, i{ii} {}   // redundant
5454     };
5456     Rec2 r1 {"Foo", 7};
5457     Rec2 r2 {"Bar"};
5459 The `Rec2` constructor is redundant.
5460 Also, the default for `int` would be better done as a [default member initializer](#Rc-in-class-initializer).
5462 **See also**: [construct valid object](#Rc-complete) and [constructor throws](#Rc-throw).
5464 ##### Enforcement
5466 * Flag classes with user-defined copy operations but no constructor (a user-defined copy is a good indicator that the class has an invariant)
5468 ### <a name="Rc-complete"></a>C.41: A constructor should create a fully initialized object
5470 ##### Reason
5472 A constructor establishes the invariant for a class. A user of a class should be able to assume that a constructed object is usable.
5474 ##### Example, bad
5476     class X1 {
5477         FILE* f;   // call init() before any other function
5478         // ...
5479     public:
5480         X1() {}
5481         void init();   // initialize f
5482         void read();   // read from f
5483         // ...
5484     };
5486     void f()
5487     {
5488         X1 file;
5489         file.read();   // crash or bad read!
5490         // ...
5491         file.init();   // too late
5492         // ...
5493     }
5495 Compilers do not read comments.
5497 ##### Exception
5499 If a valid object cannot conveniently be constructed by a constructor, [use a factory function](#Rc-factory).
5501 ##### Enforcement
5503 * (Simple) Every constructor should initialize every data member (either explicitly, via a delegating ctor call or via default construction).
5504 * (Unknown) If a constructor has an `Ensures` contract, try to see if it holds as a postcondition.
5506 ##### Note
5508 If a constructor acquires a resource (to create a valid object), that resource should be [released by the destructor](#Rc-dtor-release).
5509 The idiom of having constructors acquire resources and destructors release them is called [RAII](#Rr-raii) ("Resource Acquisition Is Initialization").
5511 ### <a name="Rc-throw"></a>C.42: If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception
5513 ##### Reason
5515 Leaving behind an invalid object is asking for trouble.
5517 ##### Example
5519     class X2 {
5520         FILE* f;
5521         // ...
5522     public:
5523         X2(const string& name)
5524             :f{fopen(name.c_str(), "r")}
5525         {
5526             if (!f) throw runtime_error{"could not open" + name};
5527             // ...
5528         }
5530         void read();      // read from f
5531         // ...
5532     };
5534     void f()
5535     {
5536         X2 file {"Zeno"}; // throws if file isn't open
5537         file.read();      // fine
5538         // ...
5539     }
5541 ##### Example, bad
5543     class X3 {     // bad: the constructor leaves a non-valid object behind
5544         FILE* f;   // call is_valid() before any other function
5545         bool valid;
5546         // ...
5547     public:
5548         X3(const string& name)
5549             :f{fopen(name.c_str(), "r")}, valid{false}
5550         {
5551             if (f) valid = true;
5552             // ...
5553         }
5555         bool is_valid() { return valid; }
5556         void read();   // read from f
5557         // ...
5558     };
5560     void f()
5561     {
5562         X3 file {"Heraclides"};
5563         file.read();   // crash or bad read!
5564         // ...
5565         if (file.is_valid()) {
5566             file.read();
5567             // ...
5568         }
5569         else {
5570             // ... handle error ...
5571         }
5572         // ...
5573     }
5575 ##### Note
5577 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.
5578 Leaving behind an invalid object and relying on users to consistently check an `is_valid()` function before use is tedious, error-prone, and inefficient.
5580 ##### Exception
5582 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.
5583 There the `is_valid()` technique must be used. In such cases, check `is_valid()` consistently and immediately to simulate [RAII](#Rr-raii).
5585 ##### Alternative
5587 If you feel tempted to use some "post-constructor initialization" or "two-stage initialization" idiom, try not to do that.
5588 If you really have to, look at [factory functions](#Rc-factory).
5590 ##### Note
5592 One reason people have used `init()` functions rather than doing the initialization work in a constructor has been to avoid code replication.
5593 [Delegating constructors](#Rc-delegating) and [default member initialization](#Rc-in-class-initializer) do that better.
5594 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)
5596 ##### Enforcement
5600 ### <a name="Rc-default0"></a>C.43: Ensure that a copyable class has a default constructor
5602 ##### Reason
5604 That is, ensure that if a concrete class is copyable it also satisfies the rest of "semiregular."
5606 Many language and library facilities rely on default constructors to initialize their elements, e.g. `T a[10]` and `std::vector<T> v(10)`.
5607 A default constructor often simplifies the task of defining a suitable [moved-from state](#???) for a type that is also copyable.
5609 ##### Example
5611     class Date { // BAD: no default constructor
5612     public:
5613         Date(int dd, int mm, int yyyy);
5614         // ...
5615     };
5617     vector<Date> vd1(1000);   // default Date needed here
5618     vector<Date> vd2(1000, Date{7, Month::October, 1885});   // alternative
5620 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.
5621 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.
5623 `Date` is chosen to encourage thought:
5624 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.
5625 `{0, 0, 0}` is not a valid date in most calendar systems, so choosing that would be introducing something like floating-point's `NaN`.
5626 However, most realistic `Date` classes have a "first date" (e.g. January 1, 1970 is popular), so making that the default is usually trivial.
5628     class Date {
5629     public:
5630         Date(int dd, int mm, int yyyy);
5631         Date() = default; // [See also](#Rc-default)
5632         // ...
5633     private:
5634         int dd {1};
5635         int mm {1};
5636         int yyyy {1970};
5637         // ...
5638     };
5640     vector<Date> vd1(1000);
5642 ##### Note
5644 A class with members that all have default constructors implicitly gets a default constructor:
5646     struct X {
5647         string s;
5648         vector<int> v;
5649     };
5651     X x; // means X{ { }, { } }; that is the empty string and the empty vector
5653 Beware that built-in types are not properly default constructed:
5655     struct X {
5656         string s;
5657         int i;
5658     };
5660     void f()
5661     {
5662         X x;    // x.s is initialized to the empty string; x.i is uninitialized
5664         cout << x.s << ' ' << x.i << '\n';
5665         ++x.i;
5666     }
5668 Statically allocated objects of built-in types are by default initialized to `0`, but local built-in variables are not.
5669 Beware that your compiler might default initialize local built-in variables, whereas an optimized build will not.
5670 Thus, code like the example above might appear to work, but it relies on undefined behavior.
5671 Assuming that you want initialization, an explicit default initialization can help:
5673     struct X {
5674         string s;
5675         int i {};   // default initialize (to 0)
5676     };
5678 ##### Notes
5680 Classes that don't have a reasonable default construction are usually not copyable either, so they don't fall under this guideline.
5682 For example, a base class should not be copyable, and so does not necessarily need a default constructor:
5684     // Shape is an abstract base class, not a copyable type.
5685     // It might or might not need a default constructor.
5686     struct Shape {
5687         virtual void draw() = 0;
5688         virtual void rotate(int) = 0;
5689         // =delete copy/move functions
5690         // ...
5691     };
5693 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:
5695     // std::lock_guard is not a copyable type.
5696     // It does not have a default constructor.
5697     lock_guard g {mx};  // guard the mutex mx
5698     lock_guard g2;      // error: guarding nothing
5700 A class that has a "special state" that must be handled separately from other states by member functions or users causes extra work
5701 (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:
5703     // std::ofstream is not a copyable type.
5704     // It does happen to have a default constructor
5705     // that goes along with a special "not open" state.
5706     ofstream out {"Foobar"};
5707     // ...
5708     out << log(time, transaction);
5710 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.
5712 However, it is preferable to have a default constructor default to a meaningful state such as `std::string`s `""` and `std::vector`s `{}`.
5714 ##### Enforcement
5716 * Flag classes that are copyable by `=` without a default constructor
5717 * Flag classes that are comparable with `==` but not copyable
5720 ### <a name="Rc-default00"></a>C.44: Prefer default constructors to be simple and non-throwing
5722 ##### Reason
5724 Being able to set a value to "the default" without operations that might fail simplifies error handling and reasoning about move operations.
5726 ##### Example, problematic
5728     template<typename T>
5729     // elem points to space-elem element allocated using new
5730     class Vector0 {
5731     public:
5732         Vector0() :Vector0{0} {}
5733         Vector0(int n) :elem{new T[n]}, space{elem + n}, last{elem} {}
5734         // ...
5735     private:
5736         own<T*> elem;
5737         T* space;
5738         T* last;
5739     };
5741 This is nice and general, but setting a `Vector0` to empty after an error involves an allocation, which might fail.
5742 Also, having a default `Vector` represented as `{new T[0], 0, 0}` seems wasteful.
5743 For example, `Vector0<int> v[100]` costs 100 allocations.
5745 ##### Example
5747     template<typename T>
5748     // elem is nullptr or elem points to space-elem element allocated using new
5749     class Vector1 {
5750     public:
5751         // sets the representation to {nullptr, nullptr, nullptr}; doesn't throw
5752         Vector1() noexcept {}
5753         Vector1(int n) :elem{new T[n]}, space{elem + n}, last{elem} {}
5754         // ...
5755     private:
5756         own<T*> elem {};
5757         T* space {};
5758         T* last {};
5759     };
5761 Using `{nullptr, nullptr, nullptr}` makes `Vector1{}` cheap, but a special case and implies run-time checks.
5762 Setting a `Vector1` to empty after detecting an error is trivial.
5764 ##### Enforcement
5766 * Flag throwing default constructors
5768 ### <a name="Rc-default"></a>C.45: Don't define a default constructor that only initializes data members; use default member initializers instead
5770 ##### Reason
5772 Using default member initializers lets the compiler generate the function for you. The compiler-generated function can be more efficient.
5774 ##### Example, bad
5776     class X1 { // BAD: doesn't use member initializers
5777         string s;
5778         int i;
5779     public:
5780         X1() :s{"default"}, i{1} { }
5781         // ...
5782     };
5784 ##### Example
5786     class X2 {
5787         string s {"default"};
5788         int i {1};
5789     public:
5790         // use compiler-generated default constructor
5791         // ...
5792     };
5794 ##### Enforcement
5796 (Simple) A default constructor should do more than just initialize data members with constants.
5798 ### <a name="Rc-explicit"></a>C.46: By default, declare single-argument constructors explicit
5800 ##### Reason
5802 To avoid unintended conversions.
5804 ##### Example, bad
5806     class String {
5807     public:
5808         String(int);   // BAD
5809         // ...
5810     };
5812     String s = 10;   // surprise: string of size 10
5814 ##### Exception
5816 If you really want an implicit conversion from the constructor argument type to the class type, don't use `explicit`:
5818     class Complex {
5819     public:
5820         Complex(double d);   // OK: we want a conversion from d to {d, 0}
5821         // ...
5822     };
5824     Complex z = 10.7;   // unsurprising conversion
5826 **See also**: [Discussion of implicit conversions](#Ro-conversion)
5828 ##### Note
5830 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.
5832 ##### Enforcement
5834 (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".
5836 ### <a name="Rc-order"></a>C.47: Define and initialize data members in the order of member declaration
5838 ##### Reason
5840 To minimize confusion and errors. That is the order in which the initialization happens (independent of the order of member initializers).
5842 ##### Example, bad
5844     class Foo {
5845         int m1;
5846         int m2;
5847     public:
5848         Foo(int x) :m2{x}, m1{++x} { }   // BAD: misleading initializer order
5849         // ...
5850     };
5852     Foo x(1); // surprise: x.m1 == x.m2 == 2
5854 ##### Enforcement
5856 (Simple) A member initializer list should mention the members in the same order they are declared.
5858 **See also**: [Discussion](#Sd-order)
5860 ### <a name="Rc-in-class-initializer"></a>C.48: Prefer default member initializers to member initializers in constructors for constant initializers
5862 ##### Reason
5864 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.
5866 ##### Example, bad
5868     class X {   // BAD
5869         int i;
5870         string s;
5871         int j;
5872     public:
5873         X() :i{666}, s{"qqq"} { }   // j is uninitialized
5874         X(int ii) :i{ii} {}         // s is "" and j is uninitialized
5875         // ...
5876     };
5878 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.
5880 ##### Example
5882     class X2 {
5883         int i {666};
5884         string s {"qqq"};
5885         int j {0};
5886     public:
5887         X2() = default;        // all members are initialized to their defaults
5888         X2(int ii) :i{ii} {}   // s and j initialized to their defaults
5889         // ...
5890     };
5892 **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:
5894     class X3 {   // BAD: inexplicit, argument passing overhead
5895         int i;
5896         string s;
5897         int j;
5898     public:
5899         X3(int ii = 666, const string& ss = "qqq", int jj = 0)
5900             :i{ii}, s{ss}, j{jj} { }   // all members are initialized to their defaults
5901         // ...
5902     };
5904 ##### Enforcement
5906 * (Simple) Every constructor should initialize every data member (either explicitly, via a delegating ctor call or via default construction).
5907 * (Simple) Default arguments to constructors suggest a default member initializer might be more appropriate.
5909 ### <a name="Rc-initialize"></a>C.49: Prefer initialization to assignment in constructors
5911 ##### Reason
5913 An initialization explicitly states that initialization, rather than assignment, is done and can be more elegant and efficient. Prevents "use before set" errors.
5915 ##### Example, good
5917     class A {   // Good
5918         string s1;
5919     public:
5920         A(czstring p) : s1{p} { }    // GOOD: directly construct (and the C-string is explicitly named)
5921         // ...
5922     };
5924 ##### Example, bad
5926     class B {   // BAD
5927         string s1;
5928     public:
5929         B(const char* p) { s1 = p; }   // BAD: default constructor followed by assignment
5930         // ...
5931     };
5933     class C {   // UGLY, aka very bad
5934         int* p;
5935     public:
5936         C() { cout << *p; p = new int{10}; }   // accidental use before initialized
5937         // ...
5938     };
5940 ##### Example, better still
5942 Instead of those `const char*`s we could use C++17 `std::string_view` or `gsl::span<char>`
5943 as [a more general way to present arguments to a function](#Rstr-view):
5945     class D {   // Good
5946         string s1;
5947     public:
5948         D(string_view v) : s1{v} { }    // GOOD: directly construct
5949         // ...
5950     };
5952 ### <a name="Rc-factory"></a>C.50: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization
5954 ##### Reason
5956 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.
5958 ##### Note
5960 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.
5962 ##### Example, bad
5964     class B {
5965     public:
5966         B()
5967         {
5968             /* ... */
5969             f(); // BAD: C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors
5970             /* ... */
5971         }
5973         virtual void f() = 0;
5974     };
5976 ##### Example
5978     class B {
5979     protected:
5980         class Token {};
5982     public:
5983         explicit B(Token) { /* ... */ }  // create an imperfectly initialized object
5984         virtual void f() = 0;
5986         template<class T>
5987         static shared_ptr<T> create()    // interface for creating shared objects
5988         {
5989             auto p = make_shared<T>(typename T::Token{});
5990             p->post_initialize();
5991             return p;
5992         }
5994     protected:
5995         virtual void post_initialize()   // called right after construction
5996             { /* ... */ f(); /* ... */ } // GOOD: virtual dispatch is safe
5997     };
5999     class D : public B {                 // some derived class
6000     protected:
6001         class Token {};
6003     public:
6004         explicit D(Token) : B{ B::Token{} } {}
6005         void f() override { /* ...  */ };
6007     protected:
6008         template<class T>
6009         friend shared_ptr<T> B::create();
6010     };
6012     shared_ptr<D> p = D::create<D>();  // creating a D object
6014 `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.
6015 By providing the factory function `create()`, we make construction (on the free store) convenient.
6017 ##### Note
6019 Conventional factory functions allocate on the free store, rather than on the stack or in an enclosing object.
6021 **See also**: [Discussion](#Sd-factory)
6023 ### <a name="Rc-delegating"></a>C.51: Use delegating constructors to represent common actions for all constructors of a class
6025 ##### Reason
6027 To avoid repetition and accidental differences.
6029 ##### Example, bad
6031     class Date {   // BAD: repetitive
6032         int d;
6033         Month m;
6034         int y;
6035     public:
6036         Date(int dd, Month mm, year yy)
6037             :d{dd}, m{mm}, y{yy}
6038             { if (!valid(d, m, y)) throw Bad_date{}; }
6040         Date(int dd, Month mm)
6041             :d{dd}, m{mm} y{current_year()}
6042             { if (!valid(d, m, y)) throw Bad_date{}; }
6043         // ...
6044     };
6046 The common action gets tedious to write and might accidentally not be common.
6048 ##### Example
6050     class Date2 {
6051         int d;
6052         Month m;
6053         int y;
6054     public:
6055         Date2(int dd, Month mm, year yy)
6056             :d{dd}, m{mm}, y{yy}
6057             { if (!valid(d, m, y)) throw Bad_date{}; }
6059         Date2(int dd, Month mm)
6060             :Date2{dd, mm, current_year()} {}
6061         // ...
6062     };
6064 **See also**: If the "repeated action" is a simple initialization, consider [a default member initializer](#Rc-in-class-initializer).
6066 ##### Enforcement
6068 (Moderate) Look for similar constructor bodies.
6070 ### <a name="Rc-inheriting"></a>C.52: Use inheriting constructors to import constructors into a derived class that does not need further explicit initialization
6072 ##### Reason
6074 If you need those constructors for a derived class, re-implementing them is tedious and error-prone.
6076 ##### Example
6078 `std::vector` has a lot of tricky constructors, so if I want my own `vector`, I don't want to reimplement them:
6080     class Rec {
6081         // ... data and lots of nice constructors ...
6082     };
6084     class Oper : public Rec {
6085         using Rec::Rec;
6086         // ... no data members ...
6087         // ... lots of nice utility functions ...
6088     };
6090 ##### Example, bad
6092     struct Rec2 : public Rec {
6093         int x;
6094         using Rec::Rec;
6095     };
6097     Rec2 r {"foo", 7};
6098     int val = r.x;   // uninitialized
6100 ##### Enforcement
6102 Make sure that every member of the derived class is initialized.
6104 ## <a name="SS-copy"></a>C.copy: Copy and move
6106 Concrete types should generally be copyable, but interfaces in a class hierarchy should not.
6107 Resource handles might or might not be copyable.
6108 Types can be defined to move for logical as well as performance reasons.
6110 ### <a name="Rc-copy-assignment"></a>C.60: Make copy assignment non-`virtual`, take the parameter by `const&`, and return by non-`const&`
6112 ##### Reason
6114 It is simple and efficient. If you want to optimize for rvalues, provide an overload that takes a `&&` (see [F.18](#Rf-consume)).
6116 ##### Example
6118     class Foo {
6119     public:
6120         Foo& operator=(const Foo& x)
6121         {
6122             // GOOD: no need to check for self-assignment (other than performance)
6123             auto tmp = x;
6124             swap(tmp); // see C.83
6125             return *this;
6126         }
6127         // ...
6128     };
6130     Foo a;
6131     Foo b;
6132     Foo f();
6134     a = b;    // assign lvalue: copy
6135     a = f();  // assign rvalue: potentially move
6137 ##### Note
6139 The `swap` implementation technique offers the [strong guarantee](#Abrahams01).
6141 ##### Example
6143 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:
6145     template<typename T>
6146     class Vector {
6147     public:
6148         Vector& operator=(const Vector&);
6149         // ...
6150     private:
6151         T* elem;
6152         int sz;
6153     };
6155     Vector& Vector::operator=(const Vector& a)
6156     {
6157         if (a.sz > sz) {
6158             // ... use the swap technique, it can't be bettered ...
6159             return *this;
6160         }
6161         // ... copy sz elements from *a.elem to elem ...
6162         if (a.sz < sz) {
6163             // ... destroy the surplus elements in *this and adjust size ...
6164         }
6165         return *this;
6166     }
6168 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).
6170 **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&)`.
6171 See [copy constructor vs. `clone()`](#Rc-copy-virtual).
6173 ##### Enforcement
6175 * (Simple) An assignment operator should not be virtual. Here be dragons!
6176 * (Simple) An assignment operator should return `T&` to enable chaining, not alternatives like `const T&` which interfere with composability and putting objects in containers.
6177 * (Moderate) An assignment operator should (implicitly or explicitly) invoke all base and member assignment operators.
6178   Look at the destructor to determine if the type has pointer semantics or value semantics.
6180 ### <a name="Rc-copy-semantic"></a>C.61: A copy operation should copy
6182 ##### Reason
6184 That is the generally assumed semantics. After `x = y`, we should have `x == y`.
6185 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).
6187 ##### Example
6189     class X {   // OK: value semantics
6190     public:
6191         X();
6192         X(const X&);     // copy X
6193         void modify();   // change the value of X
6194         // ...
6195         ~X() { delete[] p; }
6196     private:
6197         T* p;
6198         int sz;
6199     };
6201     bool operator==(const X& a, const X& b)
6202     {
6203         return a.sz == b.sz && equal(a.p, a.p + a.sz, b.p, b.p + b.sz);
6204     }
6206     X::X(const X& a)
6207         :p{new T[a.sz]}, sz{a.sz}
6208     {
6209         copy(a.p, a.p + sz, p);
6210     }
6212     X x;
6213     X y = x;
6214     if (x != y) throw Bad{};
6215     x.modify();
6216     if (x == y) throw Bad{};   // assume value semantics
6218 ##### Example
6220     class X2 {  // OK: pointer semantics
6221     public:
6222         X2();
6223         X2(const X2&) = default; // shallow copy
6224         ~X2() = default;
6225         void modify();          // change the pointed-to value
6226         // ...
6227     private:
6228         T* p;
6229         int sz;
6230     };
6232     bool operator==(const X2& a, const X2& b)
6233     {
6234         return a.sz == b.sz && a.p == b.p;
6235     }
6237     X2 x;
6238     X2 y = x;
6239     if (x != y) throw Bad{};
6240     x.modify();
6241     if (x != y) throw Bad{};  // assume pointer semantics
6243 ##### Note
6245 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.
6247 ##### Enforcement
6249 (Not enforceable)
6251 ### <a name="Rc-copy-self"></a>C.62: Make copy assignment safe for self-assignment
6253 ##### Reason
6255 If `x = x` changes the value of `x`, people will be surprised and bad errors will occur (often including leaks).
6257 ##### Example
6259 The standard-library containers handle self-assignment elegantly and efficiently:
6261     std::vector<int> v = {3, 1, 4, 1, 5, 9};
6262     v = v;
6263     // the value of v is still {3, 1, 4, 1, 5, 9}
6265 ##### Note
6267 The default assignment generated from members that handle self-assignment correctly handles self-assignment.
6269     struct Bar {
6270         vector<pair<int, int>> v;
6271         map<string, int> m;
6272         string s;
6273     };
6275     Bar b;
6276     // ...
6277     b = b;   // correct and efficient
6279 ##### Note
6281 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)).
6283     class Foo {
6284         string s;
6285         int i;
6286     public:
6287         Foo& operator=(const Foo& a);
6288         // ...
6289     };
6291     Foo& Foo::operator=(const Foo& a)   // OK, but there is a cost
6292     {
6293         if (this == &a) return *this;
6294         s = a.s;
6295         i = a.i;
6296         return *this;
6297     }
6299 This is obviously safe and apparently efficient.
6300 However, what if we do one self-assignment per million assignments?
6301 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).
6302 Consider:
6304     Foo& Foo::operator=(const Foo& a)   // simpler, and probably much better
6305     {
6306         s = a.s;
6307         i = a.i;
6308         return *this;
6309     }
6311 `std::string` is safe for self-assignment and so are `int`. All the cost is carried by the (rare) case of self-assignment.
6313 ##### Enforcement
6315 (Simple) Assignment operators should not contain the pattern `if (this == &a) return *this;` ???
6317 ### <a name="Rc-move-assignment"></a>C.63: Make move assignment non-`virtual`, take the parameter by `&&`, and return by non-`const&`
6319 ##### Reason
6321 It is simple and efficient.
6323 **See**: [The rule for copy-assignment](#Rc-copy-assignment).
6325 ##### Enforcement
6327 Equivalent to what is done for [copy-assignment](#Rc-copy-assignment).
6329 * (Simple) An assignment operator should not be virtual. Here be dragons!
6330 * (Simple) An assignment operator should return `T&` to enable chaining, not alternatives like `const T&` which interfere with composability and putting objects in containers.
6331 * (Moderate) A move assignment operator should (implicitly or explicitly) invoke all base and member move assignment operators.
6333 ### <a name="Rc-move-semantic"></a>C.64: A move operation should move and leave its source in a valid state
6335 ##### Reason
6337 That is the generally assumed semantics.
6338 After `y = std::move(x)` the value of `y` should be the value `x` had and `x` should be in a valid state.
6340 ##### Example
6342     class X {   // OK: value semantics
6343     public:
6344         X();
6345         X(X&& a) noexcept;  // move X
6346         X& operator=(X&& a) noexcept; // move-assign X
6347         void modify();     // change the value of X
6348         // ...
6349         ~X() { delete[] p; }
6350     private:
6351         T* p;
6352         int sz;
6353     };
6355     X::X(X&& a) noexcept
6356         :p{a.p}, sz{a.sz}  // steal representation
6357     {
6358         a.p = nullptr;     // set to "empty"
6359         a.sz = 0;
6360     }
6362     void use()
6363     {
6364         X x{};
6365         // ...
6366         X y = std::move(x);
6367         x = X{};   // OK
6368     } // OK: x can be destroyed
6370 ##### Note
6372 Ideally, that moved-from should be the default value of the type.
6373 Ensure that unless there is an exceptionally good reason not to.
6374 However, not all types have a default value and for some types establishing the default value can be expensive.
6375 The standard requires only that the moved-from object can be destroyed.
6376 Often, we can easily and cheaply do better: The standard library assumes that it is possible to assign to a moved-from object.
6377 Always leave the moved-from object in some (necessarily specified) valid state.
6379 ##### Note
6381 Unless there is an exceptionally strong reason not to, make `x = std::move(y); y = z;` work with the conventional semantics.
6383 ##### Enforcement
6385 (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.
6387 ### <a name="Rc-move-self"></a>C.65: Make move assignment safe for self-assignment
6389 ##### Reason
6391 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.
6393 ##### Example
6395     class Foo {
6396         string s;
6397         int i;
6398     public:
6399         Foo& operator=(Foo&& a) noexcept;
6400         // ...
6401     };
6403     Foo& Foo::operator=(Foo&& a) noexcept  // OK, but there is a cost
6404     {
6405         if (this == &a) return *this;  // this line is redundant
6406         s = std::move(a.s);
6407         i = a.i;
6408         return *this;
6409     }
6411 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.
6413 ##### Note
6415 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).
6417 ##### Note
6419 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.
6421 ##### Example
6423 Here is a way to move a pointer without a test (imagine it as code in the implementation a move assignment):
6425     // move from other.ptr to this->ptr
6426     T* temp = other.ptr;
6427     other.ptr = nullptr;
6428     delete ptr; // in self-move, this->ptr is also null; delete is a no-op
6429     ptr = temp; // in self-move, the original ptr is restored
6431 ##### Enforcement
6433 * (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`.
6434 * (Not enforceable) Look at the use of standard-library container types (incl. `string`) and consider them safe for ordinary (not life-critical) uses.
6436 ### <a name="Rc-move-noexcept"></a>C.66: Make move operations `noexcept`
6438 ##### Reason
6440 A throwing move violates most people's reasonable assumptions.
6441 A non-throwing move will be used more efficiently by standard-library and language facilities.
6443 ##### Example
6445     template<typename T>
6446     class Vector {
6447     public:
6448         Vector(Vector&& a) noexcept :elem{a.elem}, sz{a.sz} { a.elem = nullptr; a.sz = 0; }
6449         Vector& operator=(Vector&& a) noexcept {
6450             if (&a != this) {
6451                 delete elem;
6452                 elem = a.elem; a.elem = nullptr;
6453                 sz   = a.sz;   a.sz   = 0;
6454             }
6455             return *this;
6456         }
6457         // ...
6458     private:
6459         T* elem;
6460         int sz;
6461     };
6463 These operations do not throw.
6465 ##### Example, bad
6467     template<typename T>
6468     class Vector2 {
6469     public:
6470         Vector2(Vector2&& a) noexcept { *this = a; }             // just use the copy
6471         Vector2& operator=(Vector2&& a) noexcept { *this = a; }  // just use the copy
6472         // ...
6473     private:
6474         T* elem;
6475         int sz;
6476     };
6478 This `Vector2` is not just inefficient, but since a vector copy requires allocation, it can throw.
6480 ##### Enforcement
6482 (Simple) A move operation should be marked `noexcept`.
6484 ### <a name="Rc-copy-virtual"></a>C.67: A polymorphic class should suppress public copy/move
6486 ##### Reason
6488 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.
6490 If the class has no data, `=delete` the copy/move functions. Otherwise, make them protected.
6492 ##### Example, bad
6494     class B { // BAD: polymorphic base class doesn't suppress copying
6495     public:
6496         virtual char m() { return 'B'; }
6497         // ... nothing about copy operations, so uses default ...
6498     };
6500     class D : public B {
6501     public:
6502         char m() override { return 'D'; }
6503         // ...
6504     };
6506     void f(B& b)
6507     {
6508         auto b2 = b; // oops, slices the object; b2.m() will return 'B'
6509     }
6511     D d;
6512     f(d);
6514 ##### Example
6516     class B { // GOOD: polymorphic class suppresses copying
6517     public:
6518         B() = default;
6519         B(const B&) = delete;
6520         B& operator=(const B&) = delete;
6521         virtual char m() { return 'B'; }
6522         // ...
6523     };
6525     class D : public B {
6526     public:
6527         char m() override { return 'D'; }
6528         // ...
6529     };
6531     void f(B& b)
6532     {
6533         auto b2 = b; // ok, compiler will detect inadvertent copying, and protest
6534     }
6536     D d;
6537     f(d);
6539 ##### Note
6541 If you need to create deep copies of polymorphic objects, use `clone()` functions: see [C.130](#Rh-copy).
6543 ##### Exception
6545 Classes that represent exception objects need both to be polymorphic and copy-constructible.
6547 ##### Enforcement
6549 * Flag a polymorphic class with a public copy operation.
6550 * Flag an assignment of polymorphic class objects.
6552 ## C.other: Other default operation rules
6554 In addition to the operations for which the language offers default implementations,
6555 there are a few operations that are so foundational that specific rules for their definition are needed:
6556 comparisons, `swap`, and `hash`.
6558 ### <a name="Rc-eqdefault"></a>C.80: Use `=default` if you have to be explicit about using the default semantics
6560 ##### Reason
6562 The compiler is more likely to get the default semantics right and you cannot implement these functions better than the compiler.
6564 ##### Example
6566     class Tracer {
6567         string message;
6568     public:
6569         Tracer(const string& m) : message{m} { cerr << "entering " << message << '\n'; }
6570         ~Tracer() { cerr << "exiting " << message << '\n'; }
6572         Tracer(const Tracer&) = default;
6573         Tracer& operator=(const Tracer&) = default;
6574         Tracer(Tracer&&) noexcept = default;
6575         Tracer& operator=(Tracer&&) noexcept = default;
6576     };
6578 Because we defined the destructor, we must define the copy and move operations. The `= default` is the best and simplest way of doing that.
6580 ##### Example, bad
6582     class Tracer2 {
6583         string message;
6584     public:
6585         Tracer2(const string& m) : message{m} { cerr << "entering " << message << '\n'; }
6586         ~Tracer2() { cerr << "exiting " << message << '\n'; }
6588         Tracer2(const Tracer2& a) : message{a.message} {}
6589         Tracer2& operator=(const Tracer2& a) { message = a.message; return *this; }
6590         Tracer2(Tracer2&& a) noexcept :message{a.message} {}
6591         Tracer2& operator=(Tracer2&& a) noexcept { message = a.message; return *this; }
6592     };
6594 Writing out the bodies of the copy and move operations is verbose, tedious, and error-prone. A compiler does it better.
6596 ##### Enforcement
6598 (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
6600 ### <a name="Rc-delete"></a>C.81: Use `=delete` when you want to disable default behavior (without wanting an alternative)
6602 ##### Reason
6604 In a few cases, a default operation is not desirable.
6606 ##### Example
6608     class Immortal {
6609     public:
6610         ~Immortal() = delete;   // do not allow destruction
6611         // ...
6612     };
6614     void use()
6615     {
6616         Immortal ugh;   // error: ugh cannot be destroyed
6617         Immortal* p = new Immortal{};
6618         delete p;       // error: cannot destroy *p
6619     }
6621 ##### Example
6623 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:
6625     template<class T, class D = default_delete<T>> class unique_ptr {
6626     public:
6627         // ...
6628         constexpr unique_ptr() noexcept;
6629         explicit unique_ptr(pointer p) noexcept;
6630         // ...
6631         unique_ptr(unique_ptr&& u) noexcept;   // move constructor
6632         // ...
6633         unique_ptr(const unique_ptr&) = delete; // disable copy from lvalue
6634         // ...
6635     };
6637     unique_ptr<int> make();   // make "something" and return it by moving
6639     void f()
6640     {
6641         unique_ptr<int> pi {};
6642         auto pi2 {pi};      // error: no move constructor from lvalue
6643         auto pi3 {make()};  // OK, move: the result of make() is an rvalue
6644     }
6646 Note that deleted functions should be public.
6648 ##### Enforcement
6650 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.
6652 ### <a name="Rc-ctor-virtual"></a>C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors
6654 ##### Reason
6656 The function called will be that of the object constructed so far, rather than a possibly overriding function in a derived class.
6657 This can be most confusing.
6658 Worse, a direct or indirect call to an unimplemented pure virtual function from a constructor or destructor results in undefined behavior.
6660 ##### Example, bad
6662     class Base {
6663     public:
6664         virtual void f() = 0;   // not implemented
6665         virtual void g();       // implemented with Base version
6666         virtual void h();       // implemented with Base version
6667         virtual ~Base();        // implemented with Base version
6668     };
6670     class Derived : public Base {
6671     public:
6672         void g() override;   // provide Derived implementation
6673         void h() final;      // provide Derived implementation
6675         Derived()
6676         {
6677             // BAD: attempt to call an unimplemented virtual function
6678             f();
6680             // BAD: will call Derived::g, not dispatch further virtually
6681             g();
6683             // GOOD: explicitly state intent to call only the visible version
6684             Derived::g();
6686             // ok, no qualification needed, h is final
6687             h();
6688         }
6689     };
6691 Note that calling a specific explicitly qualified function is not a virtual call even if the function is `virtual`.
6693 **See also** [factory functions](#Rc-factory) for how to achieve the effect of a call to a derived class function without risking undefined behavior.
6695 ##### Note
6697 There is nothing inherently wrong with calling virtual functions from constructors and destructors.
6698 The semantics of such calls is type safe.
6699 However, experience shows that such calls are rarely needed, easily confuse maintainers, and become a source of errors when used by novices.
6701 ##### Enforcement
6703 * Flag calls of virtual functions from constructors and destructors.
6705 ### <a name="Rc-swap"></a>C.83: For value-like types, consider providing a `noexcept` swap function
6707 ##### Reason
6709 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).
6711 ##### Example, good
6713     class Foo {
6714     public:
6715         void swap(Foo& rhs) noexcept
6716         {
6717             m1.swap(rhs.m1);
6718             std::swap(m2, rhs.m2);
6719         }
6720     private:
6721         Bar m1;
6722         int m2;
6723     };
6725 Providing a non-member `swap` function in the same namespace as your type for callers' convenience.
6727     void swap(Foo& a, Foo& b)
6728     {
6729         a.swap(b);
6730     }
6732 ##### Enforcement
6734 * Non-trivially copyable types should provide a member swap or a free swap overload.
6735 * (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
6737 ### <a name="Rc-swap-fail"></a>C.84: A `swap` function must not fail
6739 ##### Reason
6741  `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.
6743 ##### Example, bad
6745     void swap(My_vector& x, My_vector& y)
6746     {
6747         auto tmp = x;   // copy elements
6748         x = y;
6749         y = tmp;
6750     }
6752 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.
6754 ##### Enforcement
6756 (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
6758 ### <a name="Rc-swap-noexcept"></a>C.85: Make `swap` `noexcept`
6760 ##### Reason
6762  [A `swap` must not fail](#Rc-swap-fail).
6763 If a `swap` tries to exit with an exception, it's a bad design error and the program had better terminate.
6765 ##### Enforcement
6767 (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
6769 ### <a name="Rc-eq"></a>C.86: Make `==` symmetric with respect to operand types and `noexcept`
6771 ##### Reason
6773 Asymmetric treatment of operands is surprising and a source of errors where conversions are possible.
6774 `==` is a fundamental operation and programmers should be able to use it without fear of failure.
6776 ##### Example
6778     struct X {
6779         string name;
6780         int number;
6781     };
6783     bool operator==(const X& a, const X& b) noexcept {
6784         return a.name == b.name && a.number == b.number;
6785     }
6787 ##### Example, bad
6789     class B {
6790         string name;
6791         int number;
6792         bool operator==(const B& a) const {
6793             return name == a.name && number == a.number;
6794         }
6795         // ...
6796     };
6798 `B`'s comparison accepts conversions for its second operand, but not its first.
6800 ##### Note
6802 If a class has a failure state, like `double`'s `NaN`, there is a temptation to make a comparison against the failure state throw.
6803 The alternative is to make two failure states compare equal and any valid state compare false against the failure state.
6805 ##### Note
6807 This rule applies to all the usual comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
6809 ##### Enforcement
6811 * Flag an `operator==()` for which the argument types differ; same for other comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
6812 * Flag member `operator==()`s; same for other comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
6814 ### <a name="Rc-eq-base"></a>C.87: Beware of `==` on base classes
6816 ##### Reason
6818 It is really hard to write a foolproof and useful `==` for a hierarchy.
6820 ##### Example, bad
6822     class B {
6823         string name;
6824         int number;
6825     public:
6826         virtual bool operator==(const B& a) const
6827         {
6828              return name == a.name && number == a.number;
6829         }
6830         // ...
6831     };
6833 `B`'s comparison accepts conversions for its second operand, but not its first.
6835     class D : public B {
6836         char character;
6837     public:
6838         virtual bool operator==(const D& a) const
6839         {
6840             return B::operator==(a) && character == a.character;
6841         }
6842         // ...
6843     };
6845     B b = ...
6846     D d = ...
6847     b == d;    // compares name and number, ignores d's character
6848     d == b;    // compares name and number, ignores d's character
6849     D d2;
6850     d == d2;   // compares name, number, and character
6851     B& b2 = d2;
6852     b2 == d;   // compares name and number, ignores d2's and d's character
6854 Of course there are ways of making `==` work in a hierarchy, but the naive approaches do not scale
6856 ##### Note
6858 This rule applies to all the usual comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, `>=`, and `<=>`.
6860 ##### Enforcement
6862 * Flag a virtual `operator==()`; same for other comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, `>=`, and `<=>`.
6864 ### <a name="Rc-hash"></a>C.89: Make a `hash` `noexcept`
6866 ##### Reason
6868 Users of hashed containers use hash indirectly and don't expect simple access to throw.
6869 It's a standard-library requirement.
6871 ##### Example, bad
6873     template<>
6874     struct hash<My_type> {  // thoroughly bad hash specialization
6875         using result_type = size_t;
6876         using argument_type = My_type;
6878         size_t operator()(const My_type & x) const
6879         {
6880             size_t xs = x.s.size();
6881             if (xs < 4) throw Bad_My_type{};    // "Nobody expects the Spanish inquisition!"
6882             return hash<size_t>()(x.s.size()) ^ trim(x.s);
6883         }
6884     };
6886     int main()
6887     {
6888         unordered_map<My_type, int> m;
6889         My_type mt{ "asdfg" };
6890         m[mt] = 7;
6891         cout << m[My_type{ "asdfg" }] << '\n';
6892     }
6894 If you have to define a `hash` specialization, try simply to let it combine standard-library `hash` specializations with `^` (xor).
6895 That tends to work better than "cleverness" for non-specialists.
6897 ##### Enforcement
6899 * Flag throwing `hash`es.
6901 ### <a name="Rc-memset"></a>C.90: Rely on constructors and assignment operators, not `memset` and `memcpy`
6903 ##### Reason
6905 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.
6906 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.
6908 ##### Example, good
6910     struct base {
6911         virtual void update() = 0;
6912         std::shared_ptr<int> sp;
6913     };
6915     struct derived : public base {
6916         void update() override {}
6917     };
6919 ##### Example, bad
6921     void init(derived& a)
6922     {
6923         memset(&a, 0, sizeof(derived));
6924     }
6926 This is type-unsafe and overwrites the vtable.
6928 ##### Example, bad
6930     void copy(derived& a, derived& b)
6931     {
6932         memcpy(&a, &b, sizeof(derived));
6933     }
6935 This is also type-unsafe and overwrites the vtable.
6937 ##### Enforcement
6939 * Flag passing a non-trivially-copyable type to `memset` or `memcpy`.
6941 ## <a name="SS-containers"></a>C.con: Containers and other resource handles
6943 A container is an object holding a sequence of objects of some type; `std::vector` is the archetypical container.
6944 A resource handle is a class that owns a resource; `std::vector` is the typical resource handle; its resource is its sequence of elements.
6946 Summary of container rules:
6948 * [C.100: Follow the STL when defining a container](#Rcon-stl)
6949 * [C.101: Give a container value semantics](#Rcon-val)
6950 * [C.102: Give a container move operations](#Rcon-move)
6951 * [C.103: Give a container an initializer list constructor](#Rcon-init)
6952 * [C.104: Give a container a default constructor that sets it to empty](#Rcon-empty)
6953 * ???
6954 * [C.109: If a resource handle has pointer semantics, provide `*` and `->`](#Rcon-ptr)
6956 **See also**: [Resources](#S-resource)
6959 ### <a name="Rcon-stl"></a>C.100: Follow the STL when defining a container
6961 ##### Reason
6963 The STL containers are familiar to most C++ programmers and a fundamentally sound design.
6965 ##### Note
6967 There are of course other fundamentally sound design styles and sometimes reasons to depart from
6968 the style of the standard library, but in the absence of a solid reason to differ, it is simpler
6969 and easier for both implementers and users to follow the standard.
6971 In particular, `std::vector` and `std::map` provide useful relatively simple models.
6973 ##### Example
6975     // simplified (e.g., no allocators):
6977     template<typename T>
6978     class Sorted_vector {
6979         using value_type = T;
6980         // ... iterator types ...
6982         Sorted_vector() = default;
6983         Sorted_vector(initializer_list<T>);    // initializer-list constructor: sort and store
6984         Sorted_vector(const Sorted_vector&) = default;
6985         Sorted_vector(Sorted_vector&&) noexcept = default;
6986         Sorted_vector& operator=(const Sorted_vector&) = default;     // copy assignment
6987         Sorted_vector& operator=(Sorted_vector&&) noexcept = default; // move assignment
6988         ~Sorted_vector() = default;
6990         Sorted_vector(const std::vector<T>& v);   // store and sort
6991         Sorted_vector(std::vector<T>&& v);        // sort and "steal representation"
6993         const T& operator[](int i) const { return rep[i]; }
6994         // no non-const direct access to preserve order
6996         void push_back(const T&);   // insert in the right place (not necessarily at back)
6997         void push_back(T&&);        // insert in the right place (not necessarily at back)
6999         // ... cbegin(), cend() ...
7000     private:
7001         std::vector<T> rep;  // use a std::vector to hold elements
7002     };
7004     template<typename T> bool operator==(const Sorted_vector<T>&, const Sorted_vector<T>&);
7005     template<typename T> bool operator!=(const Sorted_vector<T>&, const Sorted_vector<T>&);
7006     // ...
7008 Here, the STL style is followed, but incompletely.
7009 That's not uncommon.
7010 Provide only as much functionality as makes sense for a specific container.
7011 The key is to define the conventional constructors, assignments, destructors, and iterators
7012 (as meaningful for the specific container) with their conventional semantics.
7013 From that base, the container can be expanded as needed.
7014 Here, special constructors from `std::vector` were added.
7016 ##### Enforcement
7020 ### <a name="Rcon-val"></a>C.101: Give a container value semantics
7022 ##### Reason
7024 Regular objects are simpler to think and reason about than irregular ones.
7025 Familiarity.
7027 ##### Note
7029 If meaningful, make a container `Regular` (the concept).
7030 In particular, ensure that an object compares equal to its copy.
7032 ##### Example
7034     void f(const Sorted_vector<string>& v)
7035     {
7036         Sorted_vector<string> v2 {v};
7037         if (v != v2)
7038             cout << "Behavior against reason and logic.\n";
7039         // ...
7040     }
7042 ##### Enforcement
7046 ### <a name="Rcon-move"></a>C.102: Give a container move operations
7048 ##### Reason
7050 Containers tend to get large; without a move constructor and a copy constructor an object can be
7051 expensive to move around, thus tempting people to pass pointers to it around and getting into
7052 resource management problems.
7054 ##### Example
7056     Sorted_vector<int> read_sorted(istream& is)
7057     {
7058         vector<int> v;
7059         cin >> v;   // assume we have a read operation for vectors
7060         Sorted_vector<int> sv = v;  // sorts
7061         return sv;
7062     }
7064 A user can reasonably assume that returning a standard-like container is cheap.
7066 ##### Enforcement
7070 ### <a name="Rcon-init"></a>C.103: Give a container an initializer list constructor
7072 ##### Reason
7074 People expect to be able to initialize a container with a set of values.
7075 Familiarity.
7077 ##### Example
7079     Sorted_vector<int> sv {1, 3, -1, 7, 0, 0}; // Sorted_vector sorts elements as needed
7081 ##### Enforcement
7085 ### <a name="Rcon-empty"></a>C.104: Give a container a default constructor that sets it to empty
7087 ##### Reason
7089 To make it `Regular`.
7091 ##### Example
7093     vector<Sorted_sequence<string>> vs(100);    // 100 Sorted_sequences each with the value ""
7095 ##### Enforcement
7099 ### <a name="Rcon-ptr"></a>C.109: If a resource handle has pointer semantics, provide `*` and `->`
7101 ##### Reason
7103 That's what is expected from pointers.
7104 Familiarity.
7106 ##### Example
7108     ???
7110 ##### Enforcement
7114 ## <a name="SS-lambdas"></a>C.lambdas: Function objects and lambdas
7116 A function object is an object supplying an overloaded `()` so that you can call it.
7117 A lambda expression (colloquially often shortened to "a lambda") is a notation for generating a function object.
7118 Function objects should be cheap to copy (and therefore [passed by value](#Rf-in)).
7120 Summary:
7122 * [F.10: If an operation can be reused, give it a name](#Rf-name)
7123 * [F.11: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only](#Rf-lambda)
7124 * [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)
7125 * [F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms](#Rf-reference-capture)
7126 * [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)
7127 * [ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables](#Res-lambda-init)
7129 ## <a name="SS-hier"></a>C.hier: Class hierarchies (OOP)
7131 A class hierarchy is constructed to represent a set of hierarchically organized concepts (only).
7132 Typically base classes act as interfaces.
7133 There are two major uses for hierarchies, often named implementation inheritance and interface inheritance.
7135 Class hierarchy rule summary:
7137 * [C.120: Use class hierarchies to represent concepts with inherent hierarchical structure (only)](#Rh-domain)
7138 * [C.121: If a base class is used as an interface, make it a pure abstract class](#Rh-abstract)
7139 * [C.122: Use abstract classes as interfaces when complete separation of interface and implementation is needed](#Rh-separation)
7141 Designing rules for classes in a hierarchy summary:
7143 * [C.126: An abstract class typically doesn't need a user-written constructor](#Rh-abstract-ctor)
7144 * [C.127: A class with a virtual function should have a virtual or protected destructor](#Rh-dtor)
7145 * [C.128: Virtual functions should specify exactly one of `virtual`, `override`, or `final`](#Rh-override)
7146 * [C.129: When designing a class hierarchy, distinguish between implementation inheritance and interface inheritance](#Rh-kind)
7147 * [C.130: For making deep copies of polymorphic classes prefer a virtual `clone` function instead of public copy construction/assignment](#Rh-copy)
7148 * [C.131: Avoid trivial getters and setters](#Rh-get)
7149 * [C.132: Don't make a function `virtual` without reason](#Rh-virtual)
7150 * [C.133: Avoid `protected` data](#Rh-protected)
7151 * [C.134: Ensure all non-`const` data members have the same access level](#Rh-public)
7152 * [C.135: Use multiple inheritance to represent multiple distinct interfaces](#Rh-mi-interface)
7153 * [C.136: Use multiple inheritance to represent the union of implementation attributes](#Rh-mi-implementation)
7154 * [C.137: Use `virtual` bases to avoid overly general base classes](#Rh-vbase)
7155 * [C.138: Create an overload set for a derived class and its bases with `using`](#Rh-using)
7156 * [C.139: Use `final` on classes sparingly](#Rh-final)
7157 * [C.140: Do not provide different default arguments for a virtual function and an overrider](#Rh-virtual-default-arg)
7159 Accessing objects in a hierarchy rule summary:
7161 * [C.145: Access polymorphic objects through pointers and references](#Rh-poly)
7162 * [C.146: Use `dynamic_cast` where class hierarchy navigation is unavoidable](#Rh-dynamic_cast)
7163 * [C.147: Use `dynamic_cast` to a reference type when failure to find the required class is considered an error](#Rh-ref-cast)
7164 * [C.148: Use `dynamic_cast` to a pointer type when failure to find the required class is considered a valid alternative](#Rh-ptr-cast)
7165 * [C.149: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to avoid forgetting to `delete` objects created using `new`](#Rh-smart)
7166 * [C.150: Use `make_unique()` to construct objects owned by `unique_ptr`s](#Rh-make_unique)
7167 * [C.151: Use `make_shared()` to construct objects owned by `shared_ptr`s](#Rh-make_shared)
7168 * [C.152: Never assign a pointer to an array of derived class objects to a pointer to its base](#Rh-array)
7169 * [C.153: Prefer virtual function to casting](#Rh-use-virtual)
7171 ### <a name="Rh-domain"></a>C.120: Use class hierarchies to represent concepts with inherent hierarchical structure (only)
7173 ##### Reason
7175 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.
7177 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.
7179 ##### Example
7181     class DrawableUIElement {
7182     public:
7183         virtual void render() const = 0;
7184         // ...
7185     };
7187     class AbstractButton : public DrawableUIElement {
7188     public:
7189         virtual void onClick() = 0;
7190         // ...
7191     };
7193     class PushButton : public AbstractButton {
7194         void render() const override;
7195         void onClick() override;
7196         // ...
7197     };
7199     class Checkbox : public AbstractButton {
7200     // ...
7201     };
7203 ##### Example, bad
7205 Do *not* represent non-hierarchical domain concepts as class hierarchies.
7207     template<typename T>
7208     class Container {
7209     public:
7210         // list operations:
7211         virtual T& get() = 0;
7212         virtual void put(T&) = 0;
7213         virtual void insert(Position) = 0;
7214         // ...
7215         // vector operations:
7216         virtual T& operator[](int) = 0;
7217         virtual void sort() = 0;
7218         // ...
7219         // tree operations:
7220         virtual void balance() = 0;
7221         // ...
7222     };
7224 Here most overriding classes cannot implement most of the functions required in the interface well.
7225 Thus the base class becomes an implementation burden.
7226 Furthermore, the user of `Container` cannot rely on the member functions actually performing meaningful operations reasonably efficiently;
7227 it might throw an exception instead.
7228 Thus users have to resort to run-time checking and/or
7229 not using this (over)general interface in favor of a particular interface found by a run-time type inquiry (e.g., a `dynamic_cast`).
7231 ##### Enforcement
7233 * Look for classes with lots of members that do nothing but throw.
7234 * 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`.
7236 ### <a name="Rh-abstract"></a>C.121: If a base class is used as an interface, make it a pure abstract class
7238 ##### Reason
7240 A class is more stable (less brittle) if it does not contain data.
7241 Interfaces should normally be composed entirely of public pure virtual functions and a default/empty virtual destructor.
7243 ##### Example
7245     class My_interface {
7246     public:
7247         // ...only pure virtual functions here ...
7248         virtual ~My_interface() {}   // or =default
7249     };
7251 ##### Example, bad
7253     class Goof {
7254     public:
7255         // ...only pure virtual functions here ...
7256         // no virtual destructor
7257     };
7259     class Derived : public Goof {
7260         string s;
7261         // ...
7262     };
7264     void use()
7265     {
7266         unique_ptr<Goof> p {new Derived{"here we go"}};
7267         f(p.get()); // use Derived through the Goof interface
7268         g(p.get()); // use Derived through the Goof interface
7269     } // leak
7271 The `Derived` is `delete`d through its `Goof` interface, so its `string` is leaked.
7272 Give `Goof` a virtual destructor and all is well.
7275 ##### Enforcement
7277 * 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.
7279 ### <a name="Rh-separation"></a>C.122: Use abstract classes as interfaces when complete separation of interface and implementation is needed
7281 ##### Reason
7283 Such as on an ABI (link) boundary.
7285 ##### Example
7287     struct Device {
7288         virtual ~Device() = default;
7289         virtual void write(span<const char> outbuf) = 0;
7290         virtual void read(span<char> inbuf) = 0;
7291     };
7293     class D1 : public Device {
7294         // ... data ...
7296         void write(span<const char> outbuf) override;
7297         void read(span<char> inbuf) override;
7298     };
7300     class D2 : public Device {
7301         // ... different data ...
7303         void write(span<const char> outbuf) override;
7304         void read(span<char> inbuf) override;
7305     };
7307 A user can now use `D1`s and `D2`s interchangeably through the interface provided by `Device`.
7308 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`.
7310 ##### Enforcement
7312     ???
7314 ## C.hierclass: Designing classes in a hierarchy:
7316 ### <a name="Rh-abstract-ctor"></a>C.126: An abstract class typically doesn't need a user-written constructor
7318 ##### Reason
7320 An abstract class typically does not have any data for a constructor to initialize.
7322 ##### Example
7324     class Shape {
7325     public:
7326         // no user-written constructor needed in abstract base class
7327         virtual Point center() const = 0;    // pure virtual
7328         virtual void move(Point to) = 0;
7329         // ... more pure virtual functions...
7330         virtual ~Shape() {}                 // destructor
7331     };
7333     class Circle : public Shape {
7334     public:
7335         Circle(Point p, int rad);           // constructor in derived class
7336         Point center() const override { return x; }
7337     };
7339 ##### Exception
7341 * A base class constructor that does work, such as registering an object somewhere, might need a constructor.
7342 * In extremely rare cases, you might find it reasonable for an abstract class to have a bit of data shared by all derived classes
7343   (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.
7345 ##### Enforcement
7347 Flag abstract classes with constructors.
7349 ### <a name="Rh-dtor"></a>C.127: A class with a virtual function should have a virtual or protected destructor
7351 ##### Reason
7353 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).
7355 ##### Example, bad
7357     struct B {
7358         virtual int f() = 0;
7359         // ... no user-written destructor, defaults to public non-virtual ...
7360     };
7362     // bad: derived from a class without a virtual destructor
7363     struct D : B {
7364         string s {"default"};
7365         // ...
7366     };
7368     void use()
7369     {
7370         unique_ptr<B> p = make_unique<D>();
7371         // ...
7372     } // undefined behavior, might call B::~B only and leak the string
7374 ##### Note
7376 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`.
7378 ##### Enforcement
7380 * A class with any virtual functions should have a destructor that is either public and virtual or else protected and non-virtual.
7381 * Flag `delete` of a class with a virtual function but no virtual destructor.
7383 ### <a name="Rh-override"></a>C.128: Virtual functions should specify exactly one of `virtual`, `override`, or `final`
7385 ##### Reason
7387 Readability.
7388 Detection of mistakes.
7389 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.
7391 It's simple and clear:
7393 * `virtual` means exactly and only "this is a new virtual function."
7394 * `override` means exactly and only "this is a non-final overrider."
7395 * `final` means exactly and only "this is a final overrider."
7397 ##### Example, bad
7399     struct B {
7400         void f1(int);
7401         virtual void f2(int) const;
7402         virtual void f3(int);
7403         // ...
7404     };
7406     struct D : B {
7407         void f1(int);        // bad (hope for a warning): D::f1() hides B::f1()
7408         void f2(int) const;  // bad (but conventional and valid): no explicit override
7409         void f3(double);     // bad (hope for a warning): D::f3() hides B::f3()
7410         // ...
7411     };
7413 ##### Example, good
7415     struct Better : B {
7416         void f1(int) override;        // error (caught): Better::f1() hides B::f1()
7417         void f2(int) const override;
7418         void f3(double) override;     // error (caught): Better::f3() hides B::f3()
7419         // ...
7420     };
7422 #### Discussion
7424 We want to eliminate two particular classes of errors:
7426 * **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)
7427 * **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)
7429 Note: On a class defined as `final`, it doesn't matter whether you put `override` or `final` on an individual virtual function.
7431 Note: Use `final` on functions sparingly. It does not necessarily lead to optimization, and it precludes further overriding.
7433 ##### Enforcement
7435 * Compare virtual function names in base and derived classes and flag uses of the same name that does not override.
7436 * Flag overrides with neither `override` nor `final`.
7437 * Flag function declarations that use more than one of `virtual`, `override`, and `final`.
7439 ### <a name="Rh-kind"></a>C.129: When designing a class hierarchy, distinguish between implementation inheritance and interface inheritance
7441 ##### Reason
7443 Implementation details in an interface make the interface brittle;
7444 that is, make its users vulnerable to having to recompile after changes in the implementation.
7445 Data in a base class increases the complexity of implementing the base and can lead to replication of code.
7447 ##### Note
7449 Definition:
7451 * interface inheritance is the use of inheritance to separate users from implementations,
7452 in particular to allow derived classes to be added and changed without affecting the users of base classes.
7453 * implementation inheritance is the use of inheritance to simplify implementation of new facilities
7454 by making useful operations available for implementers of related new operations (sometimes called "programming by difference").
7456 A pure interface class is simply a set of pure virtual functions; see [I.25](#Ri-abstract).
7458 In early OOP (e.g., in the 1980s and 1990s), implementation inheritance and interface inheritance were often mixed
7459 and bad habits die hard.
7460 Even now, mixtures are not uncommon in old code bases and in old-style teaching material.
7462 The importance of keeping the two kinds of inheritance increases
7464 * with the size of a hierarchy (e.g., dozens of derived classes),
7465 * with the length of time the hierarchy is used (e.g., decades), and
7466 * with the number of distinct organizations in which a hierarchy is used
7467 (e.g., it can be difficult to distribute an update to a base class)
7470 ##### Example, bad
7472     class Shape {   // BAD, mixed interface and implementation
7473     public:
7474         Shape();
7475         Shape(Point ce = {0, 0}, Color co = none): cent{ce}, col {co} { /* ... */}
7477         Point center() const { return cent; }
7478         Color color() const { return col; }
7480         virtual void rotate(int) = 0;
7481         virtual void move(Point p) { cent = p; redraw(); }
7483         virtual void redraw();
7485         // ...
7486     private:
7487         Point cent;
7488         Color col;
7489     };
7491     class Circle : public Shape {
7492     public:
7493         Circle(Point c, int r) : Shape{c}, rad{r} { /* ... */ }
7495         // ...
7496     private:
7497         int rad;
7498     };
7500     class Triangle : public Shape {
7501     public:
7502         Triangle(Point p1, Point p2, Point p3); // calculate center
7503         // ...
7504     };
7506 Problems:
7508 * As the hierarchy grows and more data is added to `Shape`, the constructors get harder to write and maintain.
7509 * Why calculate the center for the `Triangle`? we might never use it.
7510 * Add a data member to `Shape` (e.g., drawing style or canvas)
7511 and all classes derived from `Shape` and all code using `Shape` will need to be reviewed, possibly changed, and probably recompiled.
7513 The implementation of `Shape::move()` is an example of implementation inheritance:
7514 we have defined `move()` once and for all, for all derived classes.
7515 The more code there is in such base class member function implementations and the more data is shared by placing it in the base,
7516 the more benefits we gain - and the less stable the hierarchy is.
7518 ##### Example
7520 This Shape hierarchy can be rewritten using interface inheritance:
7522     class Shape {  // pure interface
7523     public:
7524         virtual Point center() const = 0;
7525         virtual Color color() const = 0;
7527         virtual void rotate(int) = 0;
7528         virtual void move(Point p) = 0;
7530         virtual void redraw() = 0;
7532         // ...
7533     };
7535 Note that a pure interface rarely has constructors: there is nothing to construct.
7537     class Circle : public Shape {
7538     public:
7539         Circle(Point c, int r, Color c) : cent{c}, rad{r}, col{c} { /* ... */ }
7541         Point center() const override { return cent; }
7542         Color color() const override { return col; }
7544         // ...
7545     private:
7546         Point cent;
7547         int rad;
7548         Color col;
7549     };
7551 The interface is now less brittle, but there is more work in implementing the member functions.
7552 For example, `center` has to be implemented by every class derived from `Shape`.
7554 ##### Example, dual hierarchy
7556 How can we gain the benefit of stable hierarchies from interface hierarchies and the benefit of implementation reuse from implementation inheritance?
7557 One popular technique is dual hierarchies.
7558 There are many ways of implementing the idea of dual hierarchies; here, we use a multiple-inheritance variant.
7560 First we devise a hierarchy of interface classes:
7562     class Shape {   // pure interface
7563     public:
7564         virtual Point center() const = 0;
7565         virtual Color color() const = 0;
7567         virtual void rotate(int) = 0;
7568         virtual void move(Point p) = 0;
7570         virtual void redraw() = 0;
7572         // ...
7573     };
7575     class Circle : public virtual Shape {   // pure interface
7576     public:
7577         virtual int radius() = 0;
7578         // ...
7579     };
7581 To make this interface useful, we must provide its implementation classes (here, named equivalently, but in the `Impl` namespace):
7583     class Impl::Shape : public virtual ::Shape { // implementation
7584     public:
7585         // constructors, destructor
7586         // ...
7587         Point center() const override { /* ... */ }
7588         Color color() const override { /* ... */ }
7590         void rotate(int) override { /* ... */ }
7591         void move(Point p) override { /* ... */ }
7593         void redraw() override { /* ... */ }
7595         // ...
7596     };
7598 Now `Shape` is a poor example of a class with an implementation,
7599 but bear with us because this is just a simple example of a technique aimed at more complex hierarchies.
7601     class Impl::Circle : public virtual ::Circle, public Impl::Shape {   // implementation
7602     public:
7603         // constructors, destructor
7605         int radius() override { /* ... */ }
7606         // ...
7607     };
7609 And we could extend the hierarchies by adding a Smiley class (:-)):
7611     class Smiley : public virtual Circle { // pure interface
7612     public:
7613         // ...
7614     };
7616     class Impl::Smiley : public virtual ::Smiley, public Impl::Circle {   // implementation
7617     public:
7618         // constructors, destructor
7619         // ...
7620     }
7622 There are now two hierarchies:
7624 * interface: Smiley -> Circle -> Shape
7625 * implementation: Impl::Smiley -> Impl::Circle -> Impl::Shape
7627 Since each implementation is derived from its interface as well as its implementation base class we get a lattice (DAG):
7629     Smiley     ->         Circle     ->  Shape
7630       ^                     ^               ^
7631       |                     |               |
7632     Impl::Smiley -> Impl::Circle -> Impl::Shape
7634 As mentioned, this is just one way to construct a dual hierarchy.
7636 The implementation hierarchy can be used directly, rather than through the abstract interface.
7638     void work_with_shape(Shape&);
7640     int user()
7641     {
7642         Impl::Smiley my_smiley{ /* args */ };   // create concrete shape
7643         // ...
7644         my_smiley.some_member();        // use implementation class directly
7645         // ...
7646         work_with_shape(my_smiley);     // use implementation through abstract interface
7647         // ...
7648     }
7650 This can be useful when the implementation class has members that are not offered in the abstract interface
7651 or if direct use of a member offers optimization opportunities (e.g., if an implementation member function is `final`)
7653 ##### Note
7655 Another (related) technique for separating interface and implementation is [Pimpl](#Ri-pimpl).
7657 ##### Note
7659 There is often a choice between offering common functionality as (implemented) base class functions and freestanding functions
7660 (in an implementation namespace).
7661 Base classes give a shorter notation and easier access to shared data (in the base)
7662 at the cost of the functionality being available only to users of the hierarchy.
7664 ##### Enforcement
7666 * Flag a derived to base conversion to a base with both data and virtual functions
7667 (except for calls from a derived class member to a base class member)
7668 * ???
7671 ### <a name="Rh-copy"></a>C.130: For making deep copies of polymorphic classes prefer a virtual `clone` function instead of public copy construction/assignment
7673 ##### Reason
7675 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).
7677 ##### Example
7679     class B {
7680     public:
7681         B() = default;
7682         virtual ~B() = default;
7683         virtual gsl::owner<B*> clone() const = 0;
7684     protected:
7685          B(const B&) = default;
7686          B& operator=(const B&) = default;
7687          B(B&&) noexcept = default;
7688          B& operator=(B&&) noexcept = default;
7689         // ...
7690     };
7692     class D : public B {
7693     public:
7694         gsl::owner<D*> clone() const override
7695         {
7696             return new D{*this};
7697         };
7698     };
7700 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).
7704 ### <a name="Rh-get"></a>C.131: Avoid trivial getters and setters
7706 ##### Reason
7708 A trivial getter or setter adds no semantic value; the data item could just as well be `public`.
7710 ##### Example
7712     class Point {   // Bad: verbose
7713         int x;
7714         int y;
7715     public:
7716         Point(int xx, int yy) : x{xx}, y{yy} { }
7717         int get_x() const { return x; }
7718         void set_x(int xx) { x = xx; }
7719         int get_y() const { return y; }
7720         void set_y(int yy) { y = yy; }
7721         // no behavioral member functions
7722     };
7724 Consider making such a class a `struct` -- that is, a behaviorless bunch of variables, all public data and no member functions.
7726     struct Point {
7727         int x {0};
7728         int y {0};
7729     };
7731 Note that we can put default initializers on data members: [C.49: Prefer initialization to assignment in constructors](#Rc-initialize).
7733 ##### Note
7735 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.
7737 ##### Enforcement
7739 Flag multiple `get` and `set` member functions that simply access a member without additional semantics.
7741 ### <a name="Rh-virtual"></a>C.132: Don't make a function `virtual` without reason
7743 ##### Reason
7745 Redundant `virtual` increases run-time and object-code size.
7746 A virtual function can be overridden and is thus open to mistakes in a derived class.
7747 A virtual function ensures code replication in a templated hierarchy.
7749 ##### Example, bad
7751     template<class T>
7752     class Vector {
7753     public:
7754         // ...
7755         virtual int size() const { return sz; }   // bad: what good could a derived class do?
7756     private:
7757         T* elem;   // the elements
7758         int sz;    // number of elements
7759     };
7761 This kind of "vector" isn't meant to be used as a base class at all.
7763 ##### Enforcement
7765 * Flag a class with virtual functions but no derived classes.
7766 * Flag a class where all member functions are virtual and have implementations.
7768 ### <a name="Rh-protected"></a>C.133: Avoid `protected` data
7770 ##### Reason
7772 `protected` data is a source of complexity and errors.
7773 `protected` data complicates the statement of invariants.
7774 `protected` data inherently violates the guidance against putting data in base classes, which usually leads to having to deal with virtual inheritance as well.
7776 ##### Example, bad
7778     class Shape {
7779     public:
7780         // ... interface functions ...
7781     protected:
7782         // data for use in derived classes:
7783         Color fill_color;
7784         Color edge_color;
7785         Style st;
7786     };
7788 Now it is up to every derived `Shape` to manipulate the protected data correctly.
7789 This has been popular, but also a major source of maintenance problems.
7790 In a large class hierarchy, the consistent use of protected data is hard to maintain because there can be a lot of code,
7791 spread over a lot of classes.
7792 The set of classes that can touch that data is open: anyone can derive a new class and start manipulating the protected data.
7793 Often, it is not possible to examine the complete set of classes, so any change to the representation of the class becomes infeasible.
7794 There is no enforced invariant for the protected data; it is much like a set of global variables.
7795 The protected data has de facto become global to a large body of code.
7797 ##### Note
7799 Protected data often looks tempting to enable arbitrary improvements through derivation.
7800 Often, what you get is unprincipled changes and errors.
7801 [Prefer `private` data](#Rc-private) with a well-specified and enforced invariant.
7802 Alternative, and often better, [keep data out of any class used as an interface](#Rh-abstract).
7804 ##### Note
7806 Protected member function can be just fine.
7808 ##### Enforcement
7810 Flag classes with `protected` data.
7812 ### <a name="Rh-public"></a>C.134: Ensure all non-`const` data members have the same access level
7814 ##### Reason
7816 Prevention of logical confusion leading to errors.
7817 If the non-`const` data members don't have the same access level, the type is confused about what it's trying to do.
7818 Is it a type that maintains an invariant or simply a collection of values?
7820 ##### Discussion
7822 The core question is: What code is responsible for maintaining a meaningful/correct value for that variable?
7824 There are exactly two kinds of data members:
7826 * A: Ones that don't participate in the object's invariant. Any combination of values for these members is valid.
7827 * 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.
7829 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.
7831 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.
7833 Most classes are either all A or all B:
7835 * *All public*: If you're writing an aggregate bundle-of-variables without an invariant across those variables, then all the variables should be `public`.
7836   [By convention, declare such classes `struct` rather than `class`](#Rc-struct)
7837 * *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.
7839 ##### Exception
7841 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`).
7843 ##### Enforcement
7845 Flag any class that has non-`const` data members with different access levels.
7847 ### <a name="Rh-mi-interface"></a>C.135: Use multiple inheritance to represent multiple distinct interfaces
7849 ##### Reason
7851 Not all classes will necessarily support all interfaces, and not all callers will necessarily want to deal with all operations.
7852 Especially to break apart monolithic interfaces into "aspects" of behavior supported by a given derived class.
7854 ##### Example
7856     class iostream : public istream, public ostream {   // very simplified
7857         // ...
7858     };
7860 `istream` provides the interface to input operations; `ostream` provides the interface to output operations.
7861 `iostream` provides the union of the `istream` and `ostream` interfaces and the synchronization needed to allow both on a single stream.
7863 ##### Note
7865 This is a very common use of inheritance because the need for multiple different interfaces to an implementation is common
7866 and such interfaces are often not easily or naturally organized into a single-rooted hierarchy.
7868 ##### Note
7870 Such interfaces are typically abstract classes.
7872 ##### Enforcement
7876 ### <a name="Rh-mi-implementation"></a>C.136: Use multiple inheritance to represent the union of implementation attributes
7878 ##### Reason
7880 Some forms of mixins have state and often operations on that state.
7881 If the operations are virtual the use of inheritance is necessary, if not using inheritance can avoid boilerplate and forwarding.
7883 ##### Example
7885     class iostream : public istream, public ostream {   // very simplified
7886         // ...
7887     };
7889 `istream` provides the interface to input operations (and some data); `ostream` provides the interface to output operations (and some data).
7890 `iostream` provides the union of the `istream` and `ostream` interfaces and the synchronization needed to allow both on a single stream.
7892 ##### Note
7894 This a relatively rare use because implementation can often be organized into a single-rooted hierarchy.
7896 ##### Example
7898 Sometimes, an "implementation attribute" is more like a "mixin" that determine the behavior of an implementation and inject
7899 members to enable the implementation of the policies it requires.
7900 For example, see `std::enable_shared_from_this`
7901 or various bases from boost.intrusive (e.g. `list_base_hook` or `intrusive_ref_counter`).
7903 ##### Enforcement
7907 ### <a name="Rh-vbase"></a>C.137: Use `virtual` bases to avoid overly general base classes
7909 ##### Reason
7911  Allow separation of shared data and interface.
7912  To avoid all shared data to being put into an ultimate base class.
7914 ##### Example
7916     struct Interface {
7917         virtual void f();
7918         virtual int g();
7919         // ... no data here ...
7920     };
7922     class Utility {  // with data
7923         void utility1();
7924         virtual void utility2();    // customization point
7925     public:
7926         int x;
7927         int y;
7928     };
7930     class Derive1 : public Interface, virtual protected Utility {
7931         // override Interface functions
7932         // Maybe override Utility virtual functions
7933         // ...
7934     };
7936     class Derive2 : public Interface, virtual protected Utility {
7937         // override Interface functions
7938         // Maybe override Utility virtual functions
7939         // ...
7940     };
7942 Factoring out `Utility` makes sense if many derived classes share significant "implementation details."
7945 ##### Note
7947 Obviously, the example is too "theoretical", but it is hard to find a *small* realistic example.
7948 `Interface` is the root of an [interface hierarchy](#Rh-abstract)
7949 and `Utility` is the root of an [implementation hierarchy](#Rh-kind).
7950 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.
7952 ##### Note
7954 Often, linearization of a hierarchy is a better solution.
7956 ##### Enforcement
7958 Flag mixed interface and implementation hierarchies.
7960 ### <a name="Rh-using"></a>C.138: Create an overload set for a derived class and its bases with `using`
7962 ##### Reason
7964 Without a using declaration, member functions in the derived class hide the entire inherited overload sets.
7966 ##### Example, bad
7968     #include <iostream>
7969     class B {
7970     public:
7971         virtual int f(int i) { std::cout << "f(int): "; return i; }
7972         virtual double f(double d) { std::cout << "f(double): "; return d; }
7973         virtual ~B() = default;
7974     };
7975     class D: public B {
7976     public:
7977         int f(int i) override { std::cout << "f(int): "; return i + 1; }
7978     };
7979     int main()
7980     {
7981         D d;
7982         std::cout << d.f(2) << '\n';   // prints "f(int): 3"
7983         std::cout << d.f(2.3) << '\n'; // prints "f(int): 3"
7984     }
7986 ##### Example, good
7988     class D: public B {
7989     public:
7990         int f(int i) override { std::cout << "f(int): "; return i + 1; }
7991         using B::f; // exposes f(double)
7992     };
7994 ##### Note
7996 This issue affects both virtual and non-virtual member functions
7998 For variadic bases, C++17 introduced a variadic form of the using-declaration,
8000     template<class... Ts>
8001     struct Overloader : Ts... {
8002         using Ts::operator()...; // exposes operator() from every base
8003     };
8005 ##### Enforcement
8007 Diagnose name hiding
8009 ### <a name="Rh-final"></a>C.139: Use `final` on classes sparingly
8011 ##### Reason
8013 Capping a hierarchy with `final` classes is rarely needed for logical reasons and can be damaging to the extensibility of a hierarchy.
8015 ##### Example, bad
8017     class Widget { /* ... */ };
8019     // nobody will ever want to improve My_widget (or so you thought)
8020     class My_widget final : public Widget { /* ... */ };
8022     class My_improved_widget : public My_widget { /* ... */ };  // error: can't do that
8024 ##### Note
8026 Not every class is meant to be a base class.
8027 Most standard-library classes are examples of that (e.g., `std::vector` and `std::string` are not designed to be derived from).
8028 This rule is about using `final` on classes with virtual functions meant to be interfaces for a class hierarchy.
8030 ##### Note
8032 Capping an individual virtual function with `final` is error-prone as `final` can easily be overlooked when defining/overriding a set of functions.
8033 Fortunately, the compiler catches such mistakes: You cannot re-declare/re-open a `final` member in a derived class.
8035 ##### Note
8037 Claims of performance improvements from `final` should be substantiated.
8038 Too often, such claims are based on conjecture or experience with other languages.
8040 There are examples where `final` can be important for both logical and performance reasons.
8041 One example is a performance-critical AST hierarchy in a compiler or language analysis tool.
8042 New derived classes are not added every year and only by library implementers.
8043 However, misuses are (or at least have been) far more common.
8045 ##### Enforcement
8047 Flag uses of `final` on classes.
8050 ### <a name="Rh-virtual-default-arg"></a>C.140: Do not provide different default arguments for a virtual function and an overrider
8052 ##### Reason
8054 That can cause confusion: An overrider does not inherit default arguments.
8056 ##### Example, bad
8058     class Base {
8059     public:
8060         virtual int multiply(int value, int factor = 2) = 0;
8061         virtual ~Base() = default;
8062     };
8064     class Derived : public Base {
8065     public:
8066         int multiply(int value, int factor = 10) override;
8067     };
8069     Derived d;
8070     Base& b = d;
8072     b.multiply(10);  // these two calls will call the same function but
8073     d.multiply(10);  // with different arguments and so different results
8075 ##### Enforcement
8077 Flag default arguments on virtual functions if they differ between base and derived declarations.
8079 ## C.hier-access: Accessing objects in a hierarchy
8081 ### <a name="Rh-poly"></a>C.145: Access polymorphic objects through pointers and references
8083 ##### Reason
8085 If you have a class with a virtual function, you don't (in general) know which class provided the function to be used.
8087 ##### Example
8089     struct B { int a; virtual int f(); virtual ~B() = default };
8090     struct D : B { int b; int f() override; };
8092     void use(B b)
8093     {
8094         D d;
8095         B b2 = d;   // slice
8096         B b3 = b;
8097     }
8099     void use2()
8100     {
8101         D d;
8102         use(d);   // slice
8103     }
8105 Both `d`s are sliced.
8107 ##### Exception
8109 You can safely access a named polymorphic object in the scope of its definition, just don't slice it.
8111     void use3()
8112     {
8113         D d;
8114         d.f();   // OK
8115     }
8117 ##### See also
8119 [A polymorphic class should suppress copying](#Rc-copy-virtual)
8121 ##### Enforcement
8123 Flag all slicing.
8125 ### <a name="Rh-dynamic_cast"></a>C.146: Use `dynamic_cast` where class hierarchy navigation is unavoidable
8127 ##### Reason
8129 `dynamic_cast` is checked at run time.
8131 ##### Example
8133     struct B {   // an interface
8134         virtual void f();
8135         virtual void g();
8136         virtual ~B();
8137     };
8139     struct D : B {   // a wider interface
8140         void f() override;
8141         virtual void h();
8142     };
8144     void user(B* pb)
8145     {
8146         if (D* pd = dynamic_cast<D*>(pb)) {
8147             // ... use D's interface ...
8148         }
8149         else {
8150             // ... make do with B's interface ...
8151         }
8152     }
8154 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`:
8156     void user2(B* pb)   // bad
8157     {
8158         D* pd = static_cast<D*>(pb);    // I know that pb really points to a D; trust me
8159         // ... use D's interface ...
8160     }
8162     void user3(B* pb)    // unsafe
8163     {
8164         if (some_condition) {
8165             D* pd = static_cast<D*>(pb);   // I know that pb really points to a D; trust me
8166             // ... use D's interface ...
8167         }
8168         else {
8169             // ... make do with B's interface ...
8170         }
8171     }
8173     void f()
8174     {
8175         B b;
8176         user(&b);   // OK
8177         user2(&b);  // bad error
8178         user3(&b);  // OK *if* the programmer got the some_condition check right
8179     }
8181 ##### Note
8183 Like other casts, `dynamic_cast` is overused.
8184 [Prefer virtual functions to casting](#Rh-use-virtual).
8185 Prefer [static polymorphism](#???) to hierarchy navigation where it is possible (no run-time resolution necessary)
8186 and reasonably convenient.
8188 ##### Note
8190 Some people use `dynamic_cast` where a `typeid` would have been more appropriate;
8191 `dynamic_cast` is a general "is kind of" operation for discovering the best interface to an object,
8192 whereas `typeid` is a "give me the exact type of this object" operation to discover the actual type of an object.
8193 The latter is an inherently simpler operation that ought to be faster.
8194 The latter (`typeid`) is easily hand-crafted if necessary (e.g., if working on a system where RTTI is -- for some reason -- prohibited),
8195 the former (`dynamic_cast`) is far harder to implement correctly in general.
8197 Consider:
8199     struct B {
8200         const char* name {"B"};
8201         // if pb1->id() == pb2->id() *pb1 is the same type as *pb2
8202         virtual const char* id() const { return name; }
8203         // ...
8204     };
8206     struct D : B {
8207         const char* name {"D"};
8208         const char* id() const override { return name; }
8209         // ...
8210     };
8212     void use()
8213     {
8214         B* pb1 = new B;
8215         B* pb2 = new D;
8217         cout << pb1->id(); // "B"
8218         cout << pb2->id(); // "D"
8221         if (pb2->id() == "D") {         // looks innocent
8222             D* pd = static_cast<D*>(pb2);
8223             // ...
8224         }
8225         // ...
8226     }
8228 The result of `pb2->id() == "D"` is actually implementation defined.
8229 We added it to warn of the dangers of home-brew RTTI.
8230 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.
8232 If you implement your own RTTI, be careful.
8234 ##### Exception
8236 If your implementation provided a really slow `dynamic_cast`, you might have to use a workaround.
8237 However, all workarounds that cannot be statically resolved involve explicit casting (typically `static_cast`) and are error-prone.
8238 You will basically be crafting your own special-purpose `dynamic_cast`.
8239 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)
8240 and that your use of `dynamic_cast` is really performance critical.
8242 We are of the opinion that current implementations of `dynamic_cast` are unnecessarily slow.
8243 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).
8244 However, compatibility makes changes difficult even if all agree that an effort to optimize is worthwhile.
8246 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.
8248 ##### Exception
8250 Consider:
8252     template<typename B>
8253     class Dx : B {
8254         // ...
8255     };
8257 ##### Enforcement
8259 * Flag all uses of `static_cast` for downcasts, including C-style casts that perform a `static_cast`.
8260 * This rule is part of the [type-safety profile](#Pro-type-downcast).
8262 ### <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
8264 ##### Reason
8266 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.
8268 ##### Example
8270     std::string f(Base& b)
8271     {
8272         return dynamic_cast<Derived&>(b).to_string();
8273     }
8275 ##### Enforcement
8279 ### <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
8281 ##### Reason
8283 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.
8285 Contrast with [C.147](#Rh-ref-cast), where failure is an error, and should not be used for conditional execution.
8287 ##### Example
8289 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.
8290 In this example, `Shape` does not inherit from `Geometric_attributes`. Only its subclasses do.
8292     void add(Shape* const item)
8293     {
8294       // Ownership is always taken
8295       owned_shapes.emplace_back(item);
8297       // Check the Geometric_attributes and add the shape to none/one/some/all of the views
8299       if (auto even = dynamic_cast<Even_sided*>(item))
8300       {
8301         view_of_evens.emplace_back(even);
8302       }
8304       if (auto trisym = dynamic_cast<Trilaterally_symmetrical*>(item))
8305       {
8306         view_of_trisyms.emplace_back(trisym);
8307       }
8308     }
8310 ##### Notes
8312 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.
8313 Therefore the result of the `dynamic_cast` should always be treated as if it might contain a null value, and tested.
8315 ##### Enforcement
8317 * (Complex) Unless there is a null test on the result of a `dynamic_cast` of a pointer type, warn upon dereference of the pointer.
8319 ### <a name="Rh-smart"></a>C.149: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to avoid forgetting to `delete` objects created using `new`
8321 ##### Reason
8323 Avoid resource leaks.
8325 ##### Example
8327     void use(int i)
8328     {
8329         auto p = new int {7};           // bad: initialize local pointers with new
8330         auto q = make_unique<int>(9);   // ok: guarantee the release of the memory-allocated for 9
8331         if (0 < i) return;              // maybe return and leak
8332         delete p;                       // too late
8333     }
8335 ##### Enforcement
8337 * Flag initialization of a naked pointer with the result of a `new`
8338 * Flag `delete` of local variable
8340 ### <a name="Rh-make_unique"></a>C.150: Use `make_unique()` to construct objects owned by `unique_ptr`s
8342 See [R.23](#Rr-make_unique)
8344 ### <a name="Rh-make_shared"></a>C.151: Use `make_shared()` to construct objects owned by `shared_ptr`s
8346 See [R.22](#Rr-make_shared)
8348 ### <a name="Rh-array"></a>C.152: Never assign a pointer to an array of derived class objects to a pointer to its base
8350 ##### Reason
8352 Subscripting the resulting base pointer will lead to invalid object access and probably to memory corruption.
8354 ##### Example
8356     struct B { int x; };
8357     struct D : B { int y; };
8359     void use(B*);
8361     D a[] = { {1, 2}, {3, 4}, {5, 6} };
8362     B* p = a;     // bad: a decays to &a[0] which is converted to a B*
8363     p[1].x = 7;   // overwrite a[0].y
8365     use(a);       // bad: a decays to &a[0] which is converted to a B*
8367 ##### Enforcement
8369 * Flag all combinations of array decay and base to derived conversions.
8370 * 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`
8373 ### <a name="Rh-use-virtual"></a>C.153: Prefer virtual function to casting
8375 ##### Reason
8377 A virtual function call is safe, whereas casting is error-prone.
8378 A virtual function call reaches the most derived function, whereas a cast might reach an intermediate class and therefore
8379 give a wrong result (especially as a hierarchy is modified during maintenance).
8381 ##### Example
8383     ???
8385 ##### Enforcement
8387 See [C.146](#Rh-dynamic_cast) and ???
8389 ## <a name="SS-overload"></a>C.over: Overloading and overloaded operators
8391 You can overload ordinary functions, function templates, and operators.
8392 You cannot overload function objects.
8394 Overload rule summary:
8396 * [C.160: Define operators primarily to mimic conventional usage](#Ro-conventional)
8397 * [C.161: Use non-member functions for symmetric operators](#Ro-symmetric)
8398 * [C.162: Overload operations that are roughly equivalent](#Ro-equivalent)
8399 * [C.163: Overload only for operations that are roughly equivalent](#Ro-equivalent-2)
8400 * [C.164: Avoid implicit conversion operators](#Ro-conversion)
8401 * [C.165: Use `using` for customization points](#Ro-custom)
8402 * [C.166: Overload unary `&` only as part of a system of smart pointers and references](#Ro-address-of)
8403 * [C.167: Use an operator for an operation with its conventional meaning](#Ro-overload)
8404 * [C.168: Define overloaded operators in the namespace of their operands](#Ro-namespace)
8405 * [C.170: If you feel like overloading a lambda, use a generic lambda](#Ro-lambda)
8407 ### <a name="Ro-conventional"></a>C.160: Define operators primarily to mimic conventional usage
8409 ##### Reason
8411 Minimize surprises.
8413 ##### Example
8415     class X {
8416     public:
8417         // ...
8418         X& operator=(const X&); // member function defining assignment
8419         friend bool operator==(const X&, const X&); // == needs access to representation
8420                                                     // after a = b we have a == b
8421         // ...
8422     };
8424 Here, the conventional semantics is maintained: [Copies compare equal](#SS-copy).
8426 ##### Example, bad
8428     X operator+(X a, X b) { return a.v - b.v; }   // bad: makes + subtract
8430 ##### Note
8432 Non-member operators should be either friends or defined in [the same namespace as their operands](#Ro-namespace).
8433 [Binary operators should treat their operands equivalently](#Ro-symmetric).
8435 ##### Enforcement
8437 Possibly impossible.
8439 ### <a name="Ro-symmetric"></a>C.161: Use non-member functions for symmetric operators
8441 ##### Reason
8443 If you use member functions, you need two.
8444 Unless you use a non-member function for (say) `==`, `a == b` and `b == a` will be subtly different.
8446 ##### Example
8448     bool operator==(Point a, Point b) { return a.x == b.x && a.y == b.y; }
8450 ##### Enforcement
8452 Flag member operator functions.
8454 ### <a name="Ro-equivalent"></a>C.162: Overload operations that are roughly equivalent
8456 ##### Reason
8458 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.
8460 ##### Example
8462 Consider:
8464     void print(int a);
8465     void print(int a, int base);
8466     void print(const string&);
8468 These three functions all print their arguments (appropriately). Conversely:
8470     void print_int(int a);
8471     void print_based(int a, int base);
8472     void print_string(const string&);
8474 These three functions all print their arguments (appropriately). Adding to the name just introduced verbosity and inhibits generic code.
8476 ##### Enforcement
8480 ### <a name="Ro-equivalent-2"></a>C.163: Overload only for operations that are roughly equivalent
8482 ##### Reason
8484 Having the same name for logically different functions is confusing and leads to errors when using generic programming.
8486 ##### Example
8488 Consider:
8490     void open_gate(Gate& g);   // remove obstacle from garage exit lane
8491     void fopen(const char* name, const char* mode);   // open file
8493 The two operations are fundamentally different (and unrelated) so it is good that their names differ. Conversely:
8495     void open(Gate& g);   // remove obstacle from garage exit lane
8496     void open(const char* name, const char* mode ="r");   // open file
8498 The two operations are still fundamentally different (and unrelated) but the names have been reduced to their (common) minimum, opening opportunities for confusion.
8499 Fortunately, the type system will catch many such mistakes.
8501 ##### Note
8503 Be particularly careful about common and popular names, such as `open`, `move`, `+`, and `==`.
8505 ##### Enforcement
8509 ### <a name="Ro-conversion"></a>C.164: Avoid implicit conversion operators
8511 ##### Reason
8513 Implicit conversions can be essential (e.g., `double` to `int`) but often cause surprises (e.g., `String` to C-style string).
8515 ##### Note
8517 Prefer explicitly named conversions until a serious need is demonstrated.
8518 By "serious need" we mean a reason that is fundamental in the application domain (such as an integer to complex number conversion)
8519 and frequently needed. Do not introduce implicit conversions (through conversion operators or non-`explicit` constructors)
8520 just to gain a minor convenience.
8522 ##### Example
8524     struct S1 {
8525         string s;
8526         // ...
8527         operator char*() { return s.data(); }  // BAD, likely to cause surprises
8528     };
8530     struct S2 {
8531         string s;
8532         // ...
8533         explicit operator char*() { return s.data(); }
8534     };
8536     void f(S1 s1, S2 s2)
8537     {
8538         char* x1 = s1;     // OK, but can cause surprises in many contexts
8539         char* x2 = s2;     // error (and that's usually a good thing)
8540         char* x3 = static_cast<char*>(s2); // we can be explicit (on your head be it)
8541     }
8543 The surprising and potentially damaging implicit conversion can occur in arbitrarily hard-to spot contexts, e.g.,
8545     S1 ff();
8547     char* g()
8548     {
8549         return ff();
8550     }
8552 The string returned by `ff()` is destroyed before the returned pointer into it can be used.
8554 ##### Enforcement
8556 Flag all non-explicit conversion operators.
8558 ### <a name="Ro-custom"></a>C.165: Use `using` for customization points
8560 ##### Reason
8562 To find function objects and functions defined in a separate namespace to "customize" a common function.
8564 ##### Example
8566 Consider `swap`. It is a general (standard-library) function with a definition that will work for just about any type.
8567 However, it is desirable to define specific `swap()`s for specific types.
8568 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.
8570     namespace N {
8571         My_type X { /* ... */ };
8572         void swap(X&, X&);   // optimized swap for N::X
8573         // ...
8574     }
8576     void f1(N::X& a, N::X& b)
8577     {
8578         std::swap(a, b);   // probably not what we wanted: calls std::swap()
8579     }
8581 The `std::swap()` in `f1()` does exactly what we asked it to do: it calls the `swap()` in namespace `std`.
8582 Unfortunately, that's probably not what we wanted.
8583 How do we get `N::X` considered?
8585     void f2(N::X& a, N::X& b)
8586     {
8587         swap(a, b);   // calls N::swap
8588     }
8590 But that might not be what we wanted for generic code.
8591 There, we typically want the specific function if it exists and the general function if not.
8592 This is done by including the general function in the lookup for the function:
8594     void f3(N::X& a, N::X& b)
8595     {
8596         using std::swap;  // make std::swap available
8597         swap(a, b);        // calls N::swap if it exists, otherwise std::swap
8598     }
8600 ##### Enforcement
8602 Unlikely, except for known customization points, such as `swap`.
8603 The problem is that the unqualified and qualified lookups both have uses.
8605 ### <a name="Ro-address-of"></a>C.166: Overload unary `&` only as part of a system of smart pointers and references
8607 ##### Reason
8609 The `&` operator is fundamental in C++.
8610 Many parts of the C++ semantics assume its default meaning.
8612 ##### Example
8614     class Ptr { // a somewhat smart pointer
8615         Ptr(X* pp) : p(pp) { /* check */ }
8616         X* operator->() { /* check */ return p; }
8617         X operator[](int i);
8618         X operator*();
8619     private:
8620         T* p;
8621     };
8623     class X {
8624         Ptr operator&() { return Ptr{this}; }
8625         // ...
8626     };
8628 ##### Note
8630 If you "mess with" operator `&` be sure that its definition has matching meanings for `->`, `[]`, `*`, and `.` on the result type.
8631 Note that operator `.` currently cannot be overloaded so a perfect system is impossible.
8632 We hope to remedy that: [Operator Dot (R2)](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4477.pdf).
8633 Note that `std::addressof()` always yields a built-in pointer.
8635 ##### Enforcement
8637 Tricky. Warn if `&` is user-defined without also defining `->` for the result type.
8639 ### <a name="Ro-overload"></a>C.167: Use an operator for an operation with its conventional meaning
8641 ##### Reason
8643 Readability. Convention. Reusability. Support for generic code
8645 ##### Example
8647     void cout_my_class(const My_class& c) // confusing, not conventional,not generic
8648     {
8649         std::cout << /* class members here */;
8650     }
8652     std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const my_class& c) // OK
8653     {
8654         return os << /* class members here */;
8655     }
8657 By itself, `cout_my_class` would be OK, but it is not usable/composable with code that rely on the `<<` convention for output:
8659     My_class var { /* ... */ };
8660     // ...
8661     cout << "var = " << var << '\n';
8663 ##### Note
8665 There are strong and vigorous conventions for the meaning of most operators, such as
8667 * comparisons (`==`, `!=`, `<`, `<=`, `>`, `>=`, and `<=>`),
8668 * arithmetic operations (`+`, `-`, `*`, `/`, and `%`)
8669 * access operations (`.`, `->`, unary `*`, and `[]`)
8670 * assignment (`=`)
8672 Don't define those unconventionally and don't invent your own names for them.
8674 ##### Enforcement
8676 Tricky. Requires semantic insight.
8678 ### <a name="Ro-namespace"></a>C.168: Define overloaded operators in the namespace of their operands
8680 ##### Reason
8682 Readability.
8683 Ability for find operators using ADL.
8684 Avoiding inconsistent definition in different namespaces
8686 ##### Example
8688     struct S { };
8689     S operator+(S, S);   // OK: in the same namespace as S, and even next to S
8690     S s;
8692     S r = s + s;
8694 ##### Example
8696     namespace N {
8697         struct S { };
8698         S operator+(S, S);   // OK: in the same namespace as S, and even next to S
8699     }
8701     N::S s;
8703     S r = s + s;  // finds N::operator+() by ADL
8705 ##### Example, bad
8707     struct S { };
8708     S s;
8710     namespace N {
8711         bool operator!(S a) { return true; }
8712         bool not_s = !s;
8713     }
8715     namespace M {
8716         bool operator!(S a) { return false; }
8717         bool not_s = !s;
8718     }
8720 Here, the meaning of `!s` differs in `N` and `M`.
8721 This can be most confusing.
8722 Remove the definition of `namespace M` and the confusion is replaced by an opportunity to make the mistake.
8724 ##### Note
8726 If a binary operator is defined for two types that are defined in different namespaces, you cannot follow this rule.
8727 For example:
8729     Vec::Vector operator*(const Vec::Vector&, const Mat::Matrix&);
8731 This might be something best avoided.
8733 ##### See also
8735 This is a special case of the rule that [helper functions should be defined in the same namespace as their class](#Rc-helper).
8737 ##### Enforcement
8739 * Flag operator definitions that are not in the namespace of their operands
8741 ### <a name="Ro-lambda"></a>C.170: If you feel like overloading a lambda, use a generic lambda
8743 ##### Reason
8745 You cannot overload by defining two different lambdas with the same name.
8747 ##### Example
8749     void f(int);
8750     void f(double);
8751     auto f = [](char);   // error: cannot overload variable and function
8753     auto g = [](int) { /* ... */ };
8754     auto g = [](double) { /* ... */ };   // error: cannot overload variables
8756     auto h = [](auto) { /* ... */ };   // OK
8758 ##### Enforcement
8760 The compiler catches the attempt to overload a lambda.
8762 ## <a name="SS-union"></a>C.union: Unions
8764 A `union` is a `struct` where all members start at the same address so that it can hold only one member at a time.
8765 A `union` does not keep track of which member is stored so the programmer has to get it right;
8766 this is inherently error-prone, but there are ways to compensate.
8768 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*.
8770 Union rule summary:
8772 * [C.180: Use `union`s to save Memory](#Ru-union)
8773 * [C.181: Avoid "naked" `union`s](#Ru-naked)
8774 * [C.182: Use anonymous `union`s to implement tagged unions](#Ru-anonymous)
8775 * [C.183: Don't use a `union` for type punning](#Ru-pun)
8776 * ???
8778 ### <a name="Ru-union"></a>C.180: Use `union`s to save memory
8780 ##### Reason
8782 A `union` allows a single piece of memory to be used for different types of objects at different times.
8783 Consequently, it can be used to save memory when we have several objects that are never used at the same time.
8785 ##### Example
8787     union Value {
8788         int x;
8789         double d;
8790     };
8792     Value v = { 123 };  // now v holds an int
8793     cout << v.x << '\n';    // write 123
8794     v.d = 987.654;  // now v holds a double
8795     cout << v.d << '\n';    // write 987.654
8797 But heed the warning: [Avoid "naked" `union`s](#Ru-naked)
8799 ##### Example
8801     // Short-string optimization
8803     constexpr size_t buffer_size = 16; // Slightly larger than the size of a pointer
8805     class Immutable_string {
8806     public:
8807         Immutable_string(const char* str) :
8808             size(strlen(str))
8809         {
8810             if (size < buffer_size)
8811                 strcpy_s(string_buffer, buffer_size, str);
8812             else {
8813                 string_ptr = new char[size + 1];
8814                 strcpy_s(string_ptr, size + 1, str);
8815             }
8816         }
8818         ~Immutable_string()
8819         {
8820             if (size >= buffer_size)
8821                 delete[] string_ptr;
8822         }
8824         const char* get_str() const
8825         {
8826             return (size < buffer_size) ? string_buffer : string_ptr;
8827         }
8829     private:
8830         // If the string is short enough, we store the string itself
8831         // instead of a pointer to the string.
8832         union {
8833             char* string_ptr;
8834             char string_buffer[buffer_size];
8835         };
8837         const size_t size;
8838     };
8840 ##### Enforcement
8844 ### <a name="Ru-naked"></a>C.181: Avoid "naked" `union`s
8846 ##### Reason
8848 A *naked union* is a union without an associated indicator which member (if any) it holds,
8849 so that the programmer has to keep track.
8850 Naked unions are a source of type errors.
8852 ##### Example, bad
8854     union Value {
8855         int x;
8856         double d;
8857     };
8859     Value v;
8860     v.d = 987.654;  // v holds a double
8862 So far, so good, but we can easily misuse the `union`:
8864     cout << v.x << '\n';    // BAD, undefined behavior: v holds a double, but we read it as an int
8866 Note that the type error happened without any explicit cast.
8867 When we tested that program the last value printed was `1683627180` which is the integer value for the bit pattern for `987.654`.
8868 What we have here is an "invisible" type error that happens to give a result that could easily look innocent.
8870 And, talking about "invisible", this code produced no output:
8872     v.x = 123;
8873     cout << v.d << '\n';    // BAD: undefined behavior
8875 ##### Alternative
8877 Wrap a `union` in a class together with a type field.
8879 The C++17 `variant` type (found in `<variant>`) does that for you:
8881     variant<int, double> v;
8882     v = 123;        // v holds an int
8883     int x = get<int>(v);
8884     v = 123.456;    // v holds a double
8885     double w = get<double>(v);
8887 ##### Enforcement
8891 ### <a name="Ru-anonymous"></a>C.182: Use anonymous `union`s to implement tagged unions
8893 ##### Reason
8895 A well-designed tagged union is type safe.
8896 An *anonymous* union simplifies the definition of a class with a (tag, union) pair.
8898 ##### Example
8900 This example is mostly borrowed from TC++PL4 pp216-218.
8901 You can look there for an explanation.
8903 The code is somewhat elaborate.
8904 Handling a type with user-defined assignment and destructor is tricky.
8905 Saving programmers from having to write such code is one reason for including `variant` in the standard.
8907     class Value { // two alternative representations represented as a union
8908     private:
8909         enum class Tag { number, text };
8910         Tag type; // discriminant
8912         union { // representation (note: anonymous union)
8913             int i;
8914             string s; // string has default constructor, copy operations, and destructor
8915         };
8916     public:
8917         struct Bad_entry { }; // used for exceptions
8919         ~Value();
8920         Value& operator=(const Value&);   // necessary because of the string variant
8921         Value(const Value&);
8922         // ...
8923         int number() const;
8924         string text() const;
8926         void set_number(int n);
8927         void set_text(const string&);
8928         // ...
8929     };
8931     int Value::number() const
8932     {
8933         if (type != Tag::number) throw Bad_entry{};
8934         return i;
8935     }
8937     string Value::text() const
8938     {
8939         if (type != Tag::text) throw Bad_entry{};
8940         return s;
8941     }
8943     void Value::set_number(int n)
8944     {
8945         if (type == Tag::text) {
8946             s.~string();      // explicitly destroy string
8947             type = Tag::number;
8948         }
8949         i = n;
8950     }
8952     void Value::set_text(const string& ss)
8953     {
8954         if (type == Tag::text)
8955             s = ss;
8956         else {
8957             new(&s) string{ss};   // placement new: explicitly construct string
8958             type = Tag::text;
8959         }
8960     }
8962     Value& Value::operator=(const Value& e)   // necessary because of the string variant
8963     {
8964         if (type == Tag::text && e.type == Tag::text) {
8965             s = e.s;    // usual string assignment
8966             return *this;
8967         }
8969         if (type == Tag::text) s.~string(); // explicit destroy
8971         switch (e.type) {
8972         case Tag::number:
8973             i = e.i;
8974             break;
8975         case Tag::text:
8976             new(&s) string(e.s);   // placement new: explicit construct
8977         }
8979         type = e.type;
8980         return *this;
8981     }
8983     Value::~Value()
8984     {
8985         if (type == Tag::text) s.~string(); // explicit destroy
8986     }
8988 ##### Enforcement
8992 ### <a name="Ru-pun"></a>C.183: Don't use a `union` for type punning
8994 ##### Reason
8996 It is undefined behavior to read a `union` member with a different type from the one with which it was written.
8997 Such punning is invisible, or at least harder to spot than using a named cast.
8998 Type punning using a `union` is a source of errors.
9000 ##### Example, bad
9002     union Pun {
9003         int x;
9004         unsigned char c[sizeof(int)];
9005     };
9007 The idea of `Pun` is to be able to look at the character representation of an `int`.
9009     void bad(Pun& u)
9010     {
9011         u.x = 'x';
9012         cout << u.c[0] << '\n';     // undefined behavior
9013     }
9015 If you wanted to see the bytes of an `int`, use a (named) cast:
9017     void if_you_must_pun(int& x)
9018     {
9019         auto p = reinterpret_cast<std::byte*>(&x);
9020         cout << p[0] << '\n';     // OK; better
9021         // ...
9022     }
9024 Accessing the result of a `reinterpret_cast` from the object's declared type to `char*`, `unsigned char*`, or `std::byte*` is defined behavior. (Using `reinterpret_cast` is discouraged,
9025 but at least we can see that something tricky is going on.)
9027 ##### Note
9029 Unfortunately, `union`s are commonly used for type punning.
9030 We don't consider "sometimes, it works as expected" a conclusive argument.
9032 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.
9034 ##### Enforcement
9040 # <a name="S-enum"></a>Enum: Enumerations
9042 Enumerations are used to define sets of integer values and for defining types for such sets of values.
9043 There are two kinds of enumerations, "plain" `enum`s and `class enum`s.
9045 Enumeration rule summary:
9047 * [Enum.1: Prefer enumerations over macros](#Renum-macro)
9048 * [Enum.2: Use enumerations to represent sets of related named constants](#Renum-set)
9049 * [Enum.3: Prefer `enum class`es over "plain" `enum`s](#Renum-class)
9050 * [Enum.4: Define operations on enumerations for safe and simple use](#Renum-oper)
9051 * [Enum.5: Don't use `ALL_CAPS` for enumerators](#Renum-caps)
9052 * [Enum.6: Avoid unnamed enumerations](#Renum-unnamed)
9053 * [Enum.7: Specify the underlying type of an enumeration only when necessary](#Renum-underlying)
9054 * [Enum.8: Specify enumerator values only when necessary](#Renum-value)
9056 ### <a name="Renum-macro"></a>Enum.1: Prefer enumerations over macros
9058 ##### Reason
9060 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.
9062 ##### Example
9064 First some bad old code:
9066     // webcolors.h (third party header)
9067     #define RED   0xFF0000
9068     #define GREEN 0x00FF00
9069     #define BLUE  0x0000FF
9071     // productinfo.h
9072     // The following define product subtypes based on color
9073     #define RED    0
9074     #define PURPLE 1
9075     #define BLUE   2
9077     int webby = BLUE;   // webby == 2; probably not what was desired
9079 Instead use an `enum`:
9081     enum class Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
9082     enum class Product_info { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
9084     int webby = blue;   // error: be specific
9085     Web_color webby = Web_color::blue;
9087 We used an `enum class` to avoid name clashes.
9089 ##### Note
9091 Also consider `constexpr` and `const inline` variables.
9093 ##### Enforcement
9095 Flag macros that define integer values. Use `enum` or `const inline` or another non-macro alternative instead.
9098 ### <a name="Renum-set"></a>Enum.2: Use enumerations to represent sets of related named constants
9100 ##### Reason
9102 An enumeration shows the enumerators to be related and can be a named type.
9106 ##### Example
9108     enum class Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
9111 ##### Note
9113 Switching on an enumeration is common and the compiler can warn against unusual patterns of case labels. For example:
9115     enum class Product_info { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
9117     void print(Product_info inf)
9118     {
9119         switch (inf) {
9120         case Product_info::red: cout << "red"; break;
9121         case Product_info::purple: cout << "purple"; break;
9122         }
9123     }
9125 Such off-by-one `switch`-statements are often the results of an added enumerator and insufficient testing.
9127 ##### Enforcement
9129 * Flag `switch`-statements where the `case`s cover most but not all enumerators of an enumeration.
9130 * Flag `switch`-statements where the `case`s cover a few enumerators of an enumeration, but there is no `default`.
9133 ### <a name="Renum-class"></a>Enum.3: Prefer class enums over "plain" enums
9135 ##### Reason
9137 To minimize surprises: traditional enums convert to int too readily.
9139 ##### Example
9141     void Print_color(int color);
9143     enum Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
9144     enum Product_info { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
9146     Web_color webby = Web_color::blue;
9148     // Clearly at least one of these calls is buggy.
9149     Print_color(webby);
9150     Print_color(Product_info::blue);
9152 Instead use an `enum class`:
9154     void Print_color(int color);
9156     enum class Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
9157     enum class Product_info { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
9159     Web_color webby = Web_color::blue;
9160     Print_color(webby);  // Error: cannot convert Web_color to int.
9161     Print_color(Product_info::red);  // Error: cannot convert Product_info to int.
9163 ##### Enforcement
9165 (Simple) Warn on any non-class `enum` definition.
9167 ### <a name="Renum-oper"></a>Enum.4: Define operations on enumerations for safe and simple use
9169 ##### Reason
9171 Convenience of use and avoidance of errors.
9173 ##### Example
9175     enum class Day { mon, tue, wed, thu, fri, sat, sun };
9177     Day& operator++(Day& d)
9178     {
9179         return d = (d == Day::sun) ? Day::mon : static_cast<Day>(static_cast<int>(d)+1);
9180     }
9182     Day today = Day::sat;
9183     Day tomorrow = ++today;
9185 The use of a `static_cast` is not pretty, but
9187     Day& operator++(Day& d)
9188     {
9189         return d = (d == Day::sun) ? Day::mon : Day{++d};    // error
9190     }
9192 is an infinite recursion, and writing it without a cast, using a `switch` on all cases is long-winded.
9195 ##### Enforcement
9197 Flag repeated expressions cast back into an enumeration.
9200 ### <a name="Renum-caps"></a>Enum.5: Don't use `ALL_CAPS` for enumerators
9202 ##### Reason
9204 Avoid clashes with macros.
9206 ##### Example, bad
9208      // webcolors.h (third party header)
9209     #define RED   0xFF0000
9210     #define GREEN 0x00FF00
9211     #define BLUE  0x0000FF
9213     // productinfo.h
9214     // The following define product subtypes based on color
9216     enum class Product_info { RED, PURPLE, BLUE };   // syntax error
9218 ##### Enforcement
9220 Flag ALL_CAPS enumerators.
9222 ### <a name="Renum-unnamed"></a>Enum.6: Avoid unnamed enumerations
9224 ##### Reason
9226 If you can't name an enumeration, the values are not related
9228 ##### Example, bad
9230     enum { red = 0xFF0000, scale = 4, is_signed = 1 };
9232 Such code is not uncommon in code written before there were convenient alternative ways of specifying integer constants.
9234 ##### Alternative
9236 Use `constexpr` values instead. For example:
9238     constexpr int red = 0xFF0000;
9239     constexpr short scale = 4;
9240     constexpr bool is_signed = true;
9242 ##### Enforcement
9244 Flag unnamed enumerations.
9247 ### <a name="Renum-underlying"></a>Enum.7: Specify the underlying type of an enumeration only when necessary
9249 ##### Reason
9251 The default is the easiest to read and write.
9252 `int` is the default integer type.
9253 `int` is compatible with C `enum`s.
9255 ##### Example
9257     enum class Direction : char { n, s, e, w,
9258                                   ne, nw, se, sw };  // underlying type saves space
9260     enum class Web_color : int32_t { red   = 0xFF0000,
9261                                      green = 0x00FF00,
9262                                      blue  = 0x0000FF };  // underlying type is redundant
9264 ##### Note
9266 Specifying the underlying type is necessary to forward-declare an enum or enum class:
9268     enum Flags : char;
9270     void f(Flags);
9272     // ....
9274     enum Flags : char { /* ... */ };
9276 or to ensure that values of that type have a specified bit-precision:
9278     enum Bitboard : uint64_t { /* ... */ };
9280 ##### Enforcement
9282 ????
9285 ### <a name="Renum-value"></a>Enum.8: Specify enumerator values only when necessary
9287 ##### Reason
9289 It's the simplest.
9290 It avoids duplicate enumerator values.
9291 The default gives a consecutive set of values that is good for `switch`-statement implementations.
9293 ##### Example
9295     enum class Col1 { red, yellow, blue };
9296     enum class Col2 { red = 1, yellow = 2, blue = 2 }; // typo
9297     enum class Month { jan = 1, feb, mar, apr, may, jun,
9298                        jul, august, sep, oct, nov, dec }; // starting with 1 is conventional
9299     enum class Base_flag { dec = 1, oct = dec << 1, hex = dec << 2 }; // set of bits
9301 Specifying values is necessary to match conventional values (e.g., `Month`)
9302 and where consecutive values are undesirable (e.g., to get separate bits as in `Base_flag`).
9304 ##### Enforcement
9306 * Flag duplicate enumerator values
9307 * Flag explicitly specified all-consecutive enumerator values
9310 # <a name="S-resource"></a>R: Resource management
9312 This section contains rules related to resources.
9313 A resource is anything that must be acquired and (explicitly or implicitly) released, such as memory, file handles, sockets, and locks.
9314 The reason it must be released is typically that it can be in short supply, so even delayed release might do harm.
9315 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.
9316 An entity that is responsible for releasing a resource is called an owner.
9318 There are a few cases where leaks can be acceptable or even optimal:
9319 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.
9320 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.
9321 Here, we ignore such cases.
9323 * Resource management rule summary:
9325   * [R.1: Manage resources automatically using resource handles and RAII (Resource Acquisition Is Initialization)](#Rr-raii)
9326   * [R.2: In interfaces, use raw pointers to denote individual objects (only)](#Rr-use-ptr)
9327   * [R.3: A raw pointer (a `T*`) is non-owning](#Rr-ptr)
9328   * [R.4: A raw reference (a `T&`) is non-owning](#Rr-ref)
9329   * [R.5: Prefer scoped objects, don't heap-allocate unnecessarily](#Rr-scoped)
9330   * [R.6: Avoid non-`const` global variables](#Rr-global)
9332 * Allocation and deallocation rule summary:
9334   * [R.10: Avoid `malloc()` and `free()`](#Rr-mallocfree)
9335   * [R.11: Avoid calling `new` and `delete` explicitly](#Rr-newdelete)
9336   * [R.12: Immediately give the result of an explicit resource allocation to a manager object](#Rr-immediate-alloc)
9337   * [R.13: Perform at most one explicit resource allocation in a single expression statement](#Rr-single-alloc)
9338   * [R.14: Avoid `[]` parameters, prefer `span`](#Rr-ap)
9339   * [R.15: Always overload matched allocation/deallocation pairs](#Rr-pair)
9341 * <a name="Rr-summary-smartptrs"></a>Smart pointer rule summary:
9343   * [R.20: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to represent ownership](#Rr-owner)
9344   * [R.21: Prefer `unique_ptr` over `shared_ptr` unless you need to share ownership](#Rr-unique)
9345   * [R.22: Use `make_shared()` to make `shared_ptr`s](#Rr-make_shared)
9346   * [R.23: Use `make_unique()` to make `unique_ptr`s](#Rr-make_unique)
9347   * [R.24: Use `std::weak_ptr` to break cycles of `shared_ptr`s](#Rr-weak_ptr)
9348   * [R.30: Take smart pointers as parameters only to explicitly express lifetime semantics](#Rr-smartptrparam)
9349   * [R.31: If you have non-`std` smart pointers, follow the basic pattern from `std`](#Rr-smart)
9350   * [R.32: Take a `unique_ptr<widget>` parameter to express that a function assumes ownership of a `widget`](#Rr-uniqueptrparam)
9351   * [R.33: Take a `unique_ptr<widget>&` parameter to express that a function reseats the `widget`](#Rr-reseat)
9352   * [R.34: Take a `shared_ptr<widget>` parameter to express shared ownership](#Rr-sharedptrparam-owner)
9353   * [R.35: Take a `shared_ptr<widget>&` parameter to express that a function might reseat the shared pointer](#Rr-sharedptrparam)
9354   * [R.36: Take a `const shared_ptr<widget>&` parameter to express that it might retain a reference count to the object ???](#Rr-sharedptrparam-const)
9355   * [R.37: Do not pass a pointer or reference obtained from an aliased smart pointer](#Rr-smartptrget)
9357 ### <a name="Rr-raii"></a>R.1: Manage resources automatically using resource handles and RAII (Resource Acquisition Is Initialization)
9359 ##### Reason
9361 To avoid leaks and the complexity of manual resource management.
9362 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`.
9363 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.
9365 ##### Example, bad
9367 Consider:
9369     void send(X* x, string_view destination)
9370     {
9371         auto port = open_port(destination);
9372         my_mutex.lock();
9373         // ...
9374         send(port, x);
9375         // ...
9376         my_mutex.unlock();
9377         close_port(port);
9378         delete x;
9379     }
9381 In this code, you have to remember to `unlock`, `close_port`, and `delete` on all paths, and do each exactly once.
9382 Further, if any of the code marked `...` throws an exception, then `x` is leaked and `my_mutex` remains locked.
9384 ##### Example
9386 Consider:
9388     void send(unique_ptr<X> x, string_view destination)  // x owns the X
9389     {
9390         Port port{destination};            // port owns the PortHandle
9391         lock_guard<mutex> guard{my_mutex}; // guard owns the lock
9392         // ...
9393         send(port, x);
9394         // ...
9395     } // automatically unlocks my_mutex and deletes the pointer in x
9397 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.
9399 What is `Port`? A handy wrapper that encapsulates the resource:
9401     class Port {
9402         PortHandle port;
9403     public:
9404         Port(string_view destination) : port{open_port(destination)} { }
9405         ~Port() { close_port(port); }
9406         operator PortHandle() { return port; }
9408         // port handles can't usually be cloned, so disable copying and assignment if necessary
9409         Port(const Port&) = delete;
9410         Port& operator=(const Port&) = delete;
9411     };
9413 ##### Note
9415 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)
9417 **See also**: [RAII](#Re-raii)
9419 ### <a name="Rr-use-ptr"></a>R.2: In interfaces, use raw pointers to denote individual objects (only)
9421 ##### Reason
9423 Arrays are best represented by a container type (e.g., `vector` (owning)) or a `span` (non-owning).
9424 Such containers and views hold sufficient information to do range checking.
9426 ##### Example, bad
9428     void f(int* p, int n)   // n is the number of elements in p[]
9429     {
9430         // ...
9431         p[2] = 7;   // bad: subscript raw pointer
9432         // ...
9433     }
9435 The compiler does not read comments, and without reading other code you do not know whether `p` really points to `n` elements.
9436 Use a `span` instead.
9438 ##### Example
9440     void g(int* p, int fmt)   // print *p using format #fmt
9441     {
9442         // ... uses *p and p[0] only ...
9443     }
9445 ##### Exception
9447 C-style strings are passed as single pointers to a zero-terminated sequence of characters.
9448 Use `zstring` rather than `char*` to indicate that you rely on that convention.
9450 ##### Note
9452 Many current uses of pointers to a single element could be references.
9453 However, where `nullptr` is a possible value, a reference might not be a reasonable alternative.
9455 ##### Enforcement
9457 * Flag pointer arithmetic (including `++`) on a pointer that is not part of a container, view, or iterator.
9458   This rule would generate a huge number of false positives if applied to an older code base.
9459 * Flag array names passed as simple pointers
9461 ### <a name="Rr-ptr"></a>R.3: A raw pointer (a `T*`) is non-owning
9463 ##### Reason
9465 There is nothing (in the C++ standard or in most code) to say otherwise and most raw pointers are non-owning.
9466 We want owning pointers identified so that we can reliably and efficiently delete the objects pointed to by owning pointers.
9468 ##### Example
9470     void f()
9471     {
9472         int* p1 = new int{7};           // bad: raw owning pointer
9473         auto p2 = make_unique<int>(7);  // OK: the int is owned by a unique pointer
9474         // ...
9475     }
9477 The `unique_ptr` protects against leaks by guaranteeing the deletion of its object (even in the presence of exceptions). The `T*` does not.
9479 ##### Example
9481     template<typename T>
9482     class X {
9483     public:
9484         T* p;   // bad: it is unclear whether p is owning or not
9485         T* q;   // bad: it is unclear whether q is owning or not
9486         // ...
9487     };
9489 We can fix that problem by making ownership explicit:
9491     template<typename T>
9492     class X2 {
9493     public:
9494         owner<T*> p;  // OK: p is owning
9495         T* q;         // OK: q is not owning
9496         // ...
9497     };
9499 ##### Exception
9501 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.
9502 The fact that there are billions of lines of code that violate this rule against owning `T*`s cannot be ignored.
9503 We'd love to see program transformation tools turning 20-year-old "legacy" code into shiny modern code,
9504 we encourage the development, deployment and use of such tools,
9505 we hope the guidelines will help the development of such tools,
9506 and we even contributed (and contribute) to the research and development in this area.
9507 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.
9509 This code cannot all be rewritten (even assuming good code transformation software), especially not soon.
9510 This problem cannot be solved (at scale) by transforming all owning pointers to `unique_ptr`s and `shared_ptr`s,
9511 partly because we need/use owning "raw pointers" as well as simple pointers in the implementation of our fundamental resource handles.
9512 For example, common `vector` implementations have one owning pointer and two non-owning pointers.
9513 Many ABIs (and essentially all interfaces to C code) use `T*`s, some of them owning.
9514 Some interfaces cannot be simply annotated with `owner` because they need to remain compilable as C
9515 (although this would be a rare good use for a macro, that expands to `owner` in C++ mode only).
9517 ##### Note
9519 `owner<T*>` has no default semantics beyond `T*`. It can be used without changing any code using it and without affecting ABIs.
9520 It is simply an indicator to programmers and analysis tools.
9521 For example, if an `owner<T*>` is a member of a class, that class better have a destructor that `delete`s it.
9523 ##### Example, bad
9525 Returning a (raw) pointer imposes a lifetime management uncertainty on the caller; that is, who deletes the pointed-to object?
9527     Gadget* make_gadget(int n)
9528     {
9529         auto p = new Gadget{n};
9530         // ...
9531         return p;
9532     }
9534     void caller(int n)
9535     {
9536         auto p = make_gadget(n);   // remember to delete p
9537         // ...
9538         delete p;
9539     }
9541 In addition to suffering from the problem of [leak](#Rp-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)):
9543     Gadget make_gadget(int n)
9544     {
9545         Gadget g{n};
9546         // ...
9547         return g;
9548     }
9550 ##### Note
9552 This rule applies to factory functions.
9554 ##### Note
9556 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."
9558 ##### Enforcement
9560 * (Simple) Warn on `delete` of a raw pointer that is not an `owner<T>`.
9561 * (Moderate) Warn on failure to either `reset` or explicitly `delete` an `owner<T>` pointer on every code path.
9562 * (Simple) Warn if the return value of `new` is assigned to a raw pointer.
9563 * (Simple) Warn if a function returns an object that was allocated within the function but has a move constructor.
9564   Suggest considering returning it by value instead.
9566 ### <a name="Rr-ref"></a>R.4: A raw reference (a `T&`) is non-owning
9568 ##### Reason
9570 There is nothing (in the C++ standard or in most code) to say otherwise and most raw references are non-owning.
9571 We want owners identified so that we can reliably and efficiently delete the objects pointed to by owning pointers.
9573 ##### Example
9575     void f()
9576     {
9577         int& r = *new int{7};  // bad: raw owning reference
9578         // ...
9579         delete &r;             // bad: violated the rule against deleting raw pointers
9580     }
9582 **See also**: [The raw pointer rule](#Rr-ptr)
9584 ##### Enforcement
9586 See [the raw pointer rule](#Rr-ptr)
9588 ### <a name="Rr-scoped"></a>R.5: Prefer scoped objects, don't heap-allocate unnecessarily
9590 ##### Reason
9592 A scoped object is a local object, a global object, or a member.
9593 This implies that there is no separate allocation and deallocation cost in excess of that already used for the containing scope or object.
9594 The members of a scoped object are themselves scoped and the scoped object's constructor and destructor manage the members' lifetimes.
9596 ##### Example
9598 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:
9600     void f(int n)
9601     {
9602         auto p = new Gadget{n};
9603         // ...
9604         delete p;
9605     }
9607 Instead, use a local variable:
9609     void f(int n)
9610     {
9611         Gadget g{n};
9612         // ...
9613     }
9615 ##### Enforcement
9617 * (Moderate) Warn if an object is allocated and then deallocated on all paths within a function. Suggest it should be a local stack object instead.
9618 * (Simple) Warn if a local `Unique_pointer` or `Shared_pointer` that is not moved, copied, reassigned or `reset` before its lifetime ends is not declared `const`.
9619 Exception: Do not produce such a warning on a local `Unique_pointer` to an unbounded array. (See below.)
9621 ##### Exception
9623 It is OK to create a local `const unique_ptr<T[]>` to a heap-allocated buffer, as this is a valid way to represent a scoped dynamic array.
9625 ##### Example
9627 A valid use case for a local `const unique_ptr<T[]>` variable:
9629     int get_median_value(const std::list<int>& integers)
9630     {
9631       const auto size = integers.size();
9633       // OK: declaring a local unique_ptr<T[]>.
9634       const auto local_buffer = std::make_unique_for_overwrite<int[]>(size);
9636       std::copy_n(begin(integers), size, local_buffer.get());
9637       std::nth_element(local_buffer.get(), local_buffer.get() + size/2, local_buffer.get() + size);
9639       return local_buffer[size/2];
9640     }
9642 ### <a name="Rr-global"></a>R.6: Avoid non-`const` global variables
9644 See [I.2](#Ri-global)
9646 ## <a name="SS-alloc"></a>R.alloc: Allocation and deallocation
9648 ### <a name="Rr-mallocfree"></a>R.10: Avoid `malloc()` and `free()`
9650 ##### Reason
9652  `malloc()` and `free()` do not support construction and destruction, and do not mix well with `new` and `delete`.
9654 ##### Example
9656     class Record {
9657         int id;
9658         string name;
9659         // ...
9660     };
9662     void use()
9663     {
9664         // p1 might be nullptr
9665         // *p1 is not initialized; in particular,
9666         // that string isn't a string, but a string-sized bag of bits
9667         Record* p1 = static_cast<Record*>(malloc(sizeof(Record)));
9669         auto p2 = new Record;
9671         // unless an exception is thrown, *p2 is default initialized
9672         auto p3 = new(nothrow) Record;
9673         // p3 might be nullptr; if not, *p3 is default initialized
9675         // ...
9677         delete p1;    // error: cannot delete object allocated by malloc()
9678         free(p2);    // error: cannot free() object allocated by new
9679     }
9681 In some implementations that `delete` and that `free()` might work, or maybe they will cause run-time errors.
9683 ##### Exception
9685 There are applications and sections of code where exceptions are not acceptable.
9686 Some of the best such examples are in life-critical hard-real-time code.
9687 Beware that many bans on exception use are based on superstition (bad)
9688 or by concerns for older code bases with unsystematic resource management (unfortunately, but sometimes necessary).
9689 In such cases, consider the `nothrow` versions of `new`.
9691 ##### Enforcement
9693 Flag explicit use of `malloc` and `free`.
9695 ### <a name="Rr-newdelete"></a>R.11: Avoid calling `new` and `delete` explicitly
9697 ##### Reason
9699 The pointer returned by `new` should belong to a resource handle (that can call `delete`).
9700 If the pointer returned by `new` is assigned to a plain/naked pointer, the object can be leaked.
9702 ##### Note
9704 In a large program, a naked `delete` (that is a `delete` in application code, rather than part of code devoted to resource management)
9705 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?
9706 The bug might be latent: it might emerge only during maintenance.
9707 If you have a naked `new`, you probably need a naked `delete` somewhere, so you probably have a bug.
9709 ##### Enforcement
9711 (Simple) Warn on any explicit use of `new` and `delete`. Suggest using `make_unique` instead.
9713 ### <a name="Rr-immediate-alloc"></a>R.12: Immediately give the result of an explicit resource allocation to a manager object
9715 ##### Reason
9717 If you don't, an exception or a return might lead to a leak.
9719 ##### Example, bad
9721     void func(const string& name)
9722     {
9723         FILE* f = fopen(name, "r");            // open the file
9724         vector<char> buf(1024);
9725         auto _ = finally([f] { fclose(f); });  // remember to close the file
9726         // ...
9727     }
9729 The allocation of `buf` might fail and leak the file handle.
9731 ##### Example
9733     void func(const string& name)
9734     {
9735         ifstream f{name};   // open the file
9736         vector<char> buf(1024);
9737         // ...
9738     }
9740 The use of the file handle (in `ifstream`) is simple, efficient, and safe.
9742 ##### Enforcement
9744 * Flag explicit allocations used to initialize pointers (problem: how many direct resource allocations can we recognize?)
9746 ### <a name="Rr-single-alloc"></a>R.13: Perform at most one explicit resource allocation in a single expression statement
9748 ##### Reason
9750 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.
9752 ##### Example
9754     void fun(shared_ptr<Widget> sp1, shared_ptr<Widget> sp2);
9756 This `fun` can be called like this:
9758     // BAD: potential leak
9759     fun(shared_ptr<Widget>(new Widget(a, b)), shared_ptr<Widget>(new Widget(c, d)));
9761 This is exception-unsafe because the compiler might reorder the two expressions building the function's two arguments.
9762 In particular, the compiler can interleave execution of the two expressions:
9763 Memory allocation (by calling `operator new`) could be done first for both objects, followed by attempts to call the two `Widget` constructors.
9764 If one of the constructor calls throws an exception, then the other object's memory will never be released!
9766 This subtle problem has a simple solution: Never perform more than one explicit resource allocation in a single expression statement.
9767 For example:
9769     shared_ptr<Widget> sp1(new Widget(a, b)); // Better, but messy
9770     fun(sp1, new Widget(c, d));
9772 The best solution is to avoid explicit allocation entirely use factory functions that return owning objects:
9774     fun(make_shared<Widget>(a, b), make_shared<Widget>(c, d)); // Best
9776 Write your own factory wrapper if there is not one already.
9778 ##### Enforcement
9780 * Flag expressions with multiple explicit resource allocations (problem: how many direct resource allocations can we recognize?)
9782 ### <a name="Rr-ap"></a>R.14: Avoid `[]` parameters, prefer `span`
9784 ##### Reason
9786 An array decays to a pointer, thereby losing its size, opening the opportunity for range errors.
9787 Use `span` to preserve size information.
9789 ##### Example
9791     void f(int[]);          // not recommended
9793     void f(int*);           // not recommended for multiple objects
9794                             // (a pointer should point to a single object, do not subscript)
9796     void f(gsl::span<int>); // good, recommended
9798 ##### Enforcement
9800 Flag `[]` parameters. Use `span` instead.
9802 ### <a name="Rr-pair"></a>R.15: Always overload matched allocation/deallocation pairs
9804 ##### Reason
9806 Otherwise you get mismatched operations and chaos.
9808 ##### Example
9810     class X {
9811         // ...
9812         void* operator new(size_t s);
9813         void operator delete(void*);
9814         // ...
9815     };
9817 ##### Note
9819 If you want memory that cannot be deallocated, `=delete` the deallocation operation.
9820 Don't leave it undeclared.
9822 ##### Enforcement
9824 Flag incomplete pairs.
9826 ## <a name="SS-smart"></a>R.smart: Smart pointers
9828 ### <a name="Rr-owner"></a>R.20: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to represent ownership
9830 ##### Reason
9832 They can prevent resource leaks.
9834 ##### Example
9836 Consider:
9838     void f()
9839     {
9840         X* p1 { new X };              // bad, p1 will leak
9841         auto p2 = make_unique<X>();   // good, unique ownership
9842         auto p3 = make_shared<X>();   // good, shared ownership
9843     }
9845 This will leak the object used to initialize `p1` (only).
9847 ##### Enforcement
9849 * (Simple) Warn if the return value of `new` is assigned to a raw pointer.
9850 * (Simple) Warn if the result of a function returning a raw owning pointer is assigned to a raw pointer.
9852 ### <a name="Rr-unique"></a>R.21: Prefer `unique_ptr` over `shared_ptr` unless you need to share ownership
9854 ##### Reason
9856 A `unique_ptr` is conceptually simpler and more predictable (you know when destruction happens) and faster (you don't implicitly maintain a use count).
9858 ##### Example, bad
9860 This needlessly adds and maintains a reference count.
9862     void f()
9863     {
9864         shared_ptr<Base> base = make_shared<Derived>();
9865         // use base locally, without copying it -- refcount never exceeds 1
9866     } // destroy base
9868 ##### Example
9870 This is more efficient:
9872     void f()
9873     {
9874         unique_ptr<Base> base = make_unique<Derived>();
9875         // use base locally
9876     } // destroy base
9878 ##### Enforcement
9880 (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.
9882 ### <a name="Rr-make_shared"></a>R.22: Use `make_shared()` to make `shared_ptr`s
9884 ##### Reason
9886 `make_shared` gives a more concise statement of the construction.
9887 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.
9888 It also ensures exception safety in complex expressions (in pre-C++17 code).
9890 ##### Example
9892 Consider:
9894     shared_ptr<X> p1 { new X{2} }; // bad
9895     auto p = make_shared<X>(2);    // good
9897 The `make_shared()` version mentions `X` only once, so it is usually shorter (as well as faster) than the version with the explicit `new`.
9899 ##### Enforcement
9901 (Simple) Warn if a `shared_ptr` is constructed from the result of `new` rather than `make_shared`.
9903 ### <a name="Rr-make_unique"></a>R.23: Use `make_unique()` to make `unique_ptr`s
9905 ##### Reason
9907 `make_unique` gives a more concise statement of the construction.
9908 It also ensures exception safety in complex expressions (in pre-C++17 code).
9910 ##### Example
9912     unique_ptr<Foo> p {new Foo{7}};    // OK: but repetitive
9914     auto q = make_unique<Foo>(7);      // Better: no repetition of Foo
9916 ##### Enforcement
9918 (Simple) Warn if a `unique_ptr` is constructed from the result of `new` rather than `make_unique`.
9920 ### <a name="Rr-weak_ptr"></a>R.24: Use `std::weak_ptr` to break cycles of `shared_ptr`s
9922 ##### Reason
9924  `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
9925 be able to destroy a cyclic structure.
9927 ##### Example
9929     #include <memory>
9931     class bar;
9933     class foo {
9934     public:
9935       explicit foo(const std::shared_ptr<bar>& forward_reference)
9936         : forward_reference_(forward_reference)
9937       { }
9938     private:
9939       std::shared_ptr<bar> forward_reference_;
9940     };
9942     class bar {
9943     public:
9944       explicit bar(const std::weak_ptr<foo>& back_reference)
9945         : back_reference_(back_reference)
9946       { }
9947       void do_something()
9948       {
9949         if (auto shared_back_reference = back_reference_.lock()) {
9950           // Use *shared_back_reference
9951         }
9952       }
9953     private:
9954       std::weak_ptr<foo> back_reference_;
9955     };
9957 ##### Note
9959  ??? (HS: A lot of people say "to break cycles", while I think "temporary shared ownership" is more to the point.)
9960 ???(BS: breaking cycles is what you must do; temporarily sharing ownership is how you do it.
9961 You could "temporarily share ownership" simply by using another `shared_ptr`.)
9963 ##### Enforcement
9965 ??? probably impossible. If we could statically detect cycles, we wouldn't need `weak_ptr`
9967 ### <a name="Rr-smartptrparam"></a>R.30: Take smart pointers as parameters only to explicitly express lifetime semantics
9969 See [F.7](#Rf-smart).
9971 ### <a name="Rr-smart"></a>R.31: If you have non-`std` smart pointers, follow the basic pattern from `std`
9973 ##### Reason
9975 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.
9976 You want the rules to work on all the smart pointers you use.
9978 Any type (including primary template or specialization) that overloads unary `*` and `->` is considered a smart pointer:
9980 * If it is copyable, it is recognized as a reference-counted `shared_ptr`.
9981 * If it is not copyable, it is recognized as a unique `unique_ptr`.
9983 ##### Example, bad
9985     // use Boost's intrusive_ptr
9986     #include <boost/intrusive_ptr.hpp>
9987     void f(boost::intrusive_ptr<widget> p)  // error under rule 'sharedptrparam'
9988     {
9989         p->foo();
9990     }
9992     // use Microsoft's CComPtr
9993     #include <atlbase.h>
9994     void f(CComPtr<widget> p)               // error under rule 'sharedptrparam'
9995     {
9996         p->foo();
9997     }
9999 Both cases are an error under the [`sharedptrparam` guideline](#Rr-smartptrparam):
10000 `p` is a `Shared_pointer`, but nothing about its sharedness is used here and passing it by value is a silent pessimization;
10001 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&`.
10002 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.
10004 ### <a name="Rr-uniqueptrparam"></a>R.32: Take a `unique_ptr<widget>` parameter to express that a function assumes ownership of a `widget`
10006 ##### Reason
10008 Using `unique_ptr` in this way both documents and enforces the function call's ownership transfer.
10010 ##### Example
10012     void sink(unique_ptr<widget>); // takes ownership of the widget
10014     void uses(widget*);            // just uses the widget
10016 ##### Example, bad
10018     void thinko(const unique_ptr<widget>&); // usually not what you want
10020 ##### Enforcement
10022 * (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.
10023 * (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.
10025 ### <a name="Rr-reseat"></a>R.33: Take a `unique_ptr<widget>&` parameter to express that a function reseats the `widget`
10027 ##### Reason
10029 Using `unique_ptr` in this way both documents and enforces the function call's reseating semantics.
10031 ##### Note
10033 "reseat" means "making a pointer or a smart pointer refer to a different object."
10035 ##### Example
10037     void reseat(unique_ptr<widget>&); // "will" or "might" reseat pointer
10039 ##### Example, bad
10041     void thinko(const unique_ptr<widget>&); // usually not what you want
10043 ##### Enforcement
10045 * (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.
10046 * (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.
10048 ### <a name="Rr-sharedptrparam-owner"></a>R.34: Take a `shared_ptr<widget>` parameter to express shared ownership
10050 ##### Reason
10052 This makes the function's ownership sharing explicit.
10054 ##### Example, good
10056     class WidgetUser
10057     {
10058     public:
10059         // WidgetUser will share ownership of the widget
10060         explicit WidgetUser(std::shared_ptr<widget> w) noexcept:
10061             m_widget{std::move(w)} {}
10062         // ...
10063     private:
10064         std::shared_ptr<widget> m_widget;
10065     };
10067 ##### Enforcement
10069 * (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.
10070 * (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.
10071 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_pointer<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
10073 ### <a name="Rr-sharedptrparam"></a>R.35: Take a `shared_ptr<widget>&` parameter to express that a function might reseat the shared pointer
10075 ##### Reason
10077 This makes the function's reseating explicit.
10079 ##### Note
10081 "reseat" means "making a reference or a smart pointer refer to a different object."
10083 ##### Example, good
10085     void ChangeWidget(std::shared_ptr<widget>& w)
10086     {
10087         // This will change the callers widget
10088         w = std::make_shared<widget>(widget{});
10089     }
10091 ##### Enforcement
10093 * (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.
10094 * (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.
10095 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_pointer<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
10097 ### <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 ???
10099 ##### Reason
10101 This makes the function's ??? explicit.
10103 ##### Example, good
10105     void share(shared_ptr<widget>);            // share -- "will" retain refcount
10107     void reseat(shared_ptr<widget>&);          // "might" reseat ptr
10109     void may_share(const shared_ptr<widget>&); // "might" retain refcount
10111 ##### Enforcement
10113 * (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.
10114 * (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.
10115 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_pointer<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
10117 ### <a name="Rr-smartptrget"></a>R.37: Do not pass a pointer or reference obtained from an aliased smart pointer
10119 ##### Reason
10121 Violating this rule is the number one cause of losing reference counts and finding yourself with a dangling pointer.
10122 Functions should prefer to pass raw pointers and references down call chains.
10123 At the top of the call tree where you obtain the raw pointer or reference from a smart pointer that keeps the object alive.
10124 You need to be sure that the smart pointer cannot inadvertently be reset or reassigned from within the call tree below.
10126 ##### Note
10128 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.
10130 ##### Example
10132 Consider this code:
10134     // global (static or heap), or aliased local ...
10135     shared_ptr<widget> g_p = ...;
10137     void f(widget& w)
10138     {
10139         g();
10140         use(w);  // A
10141     }
10143     void g()
10144     {
10145         g_p = ...; // oops, if this was the last shared_ptr to that widget, destroys the widget
10146     }
10148 The following should not pass code review:
10150     void my_code()
10151     {
10152         // BAD: passing pointer or reference obtained from a non-local smart pointer
10153         //      that could be inadvertently reset somewhere inside f or its callees
10154         f(*g_p);
10156         // BAD: same reason, just passing it as a "this" pointer
10157         g_p->func();
10158     }
10160 The fix is simple -- take a local copy of the pointer to "keep a ref count" for your call tree:
10162     void my_code()
10163     {
10164         // cheap: 1 increment covers this entire function and all the call trees below us
10165         auto pin = g_p;
10167         // GOOD: passing pointer or reference obtained from a local unaliased smart pointer
10168         f(*pin);
10170         // GOOD: same reason
10171         pin->func();
10172     }
10174 ##### Enforcement
10176 * (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.
10178 # <a name="S-expr"></a>ES: Expressions and statements
10180 Expressions and statements are the lowest and most direct way of expressing actions and computation. Declarations in local scopes are statements.
10182 For naming, commenting, and indentation rules, see [NL: Naming and layout](#S-naming).
10184 General rules:
10186 * [ES.1: Prefer the standard library to other libraries and to "handcrafted code"](#Res-lib)
10187 * [ES.2: Prefer suitable abstractions to direct use of language features](#Res-abstr)
10188 * [ES.3: Don't repeat yourself, avoid redundant code](#Res-DRY)
10190 Declaration rules:
10192 * [ES.5: Keep scopes small](#Res-scope)
10193 * [ES.6: Declare names in for-statement initializers and conditions to limit scope](#Res-cond)
10194 * [ES.7: Keep common and local names short, and keep uncommon and non-local names longer](#Res-name-length)
10195 * [ES.8: Avoid similar-looking names](#Res-name-similar)
10196 * [ES.9: Avoid `ALL_CAPS` names](#Res-not-CAPS)
10197 * [ES.10: Declare one name (only) per declaration](#Res-name-one)
10198 * [ES.11: Use `auto` to avoid redundant repetition of type names](#Res-auto)
10199 * [ES.12: Do not reuse names in nested scopes](#Res-reuse)
10200 * [ES.20: Always initialize an object](#Res-always)
10201 * [ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it](#Res-introduce)
10202 * [ES.22: Don't declare a variable until you have a value to initialize it with](#Res-init)
10203 * [ES.23: Prefer the `{}`-initializer syntax](#Res-list)
10204 * [ES.24: Use a `unique_ptr<T>` to hold pointers](#Res-unique)
10205 * [ES.25: Declare an object `const` or `constexpr` unless you want to modify its value later on](#Res-const)
10206 * [ES.26: Don't use a variable for two unrelated purposes](#Res-recycle)
10207 * [ES.27: Use `std::array` or `stack_array` for arrays on the stack](#Res-stack)
10208 * [ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables](#Res-lambda-init)
10209 * [ES.30: Don't use macros for program text manipulation](#Res-macros)
10210 * [ES.31: Don't use macros for constants or "functions"](#Res-macros2)
10211 * [ES.32: Use `ALL_CAPS` for all macro names](#Res-ALL_CAPS)
10212 * [ES.33: If you must use macros, give them unique names](#Res-MACROS)
10213 * [ES.34: Don't define a (C-style) variadic function](#Res-ellipses)
10215 Expression rules:
10217 * [ES.40: Avoid complicated expressions](#Res-complicated)
10218 * [ES.41: If in doubt about operator precedence, parenthesize](#Res-parens)
10219 * [ES.42: Keep use of pointers simple and straightforward](#Res-ptr)
10220 * [ES.43: Avoid expressions with undefined order of evaluation](#Res-order)
10221 * [ES.44: Don't depend on order of evaluation of function arguments](#Res-order-fct)
10222 * [ES.45: Avoid "magic constants"; use symbolic constants](#Res-magic)
10223 * [ES.46: Avoid narrowing conversions](#Res-narrowing)
10224 * [ES.47: Use `nullptr` rather than `0` or `NULL`](#Res-nullptr)
10225 * [ES.48: Avoid casts](#Res-casts)
10226 * [ES.49: If you must use a cast, use a named cast](#Res-casts-named)
10227 * [ES.50: Don't cast away `const`](#Res-casts-const)
10228 * [ES.55: Avoid the need for range checking](#Res-range-checking)
10229 * [ES.56: Write `std::move()` only when you need to explicitly move an object to another scope](#Res-move)
10230 * [ES.60: Avoid `new` and `delete` outside resource management functions](#Res-new)
10231 * [ES.61: Delete arrays using `delete[]` and non-arrays using `delete`](#Res-del)
10232 * [ES.62: Don't compare pointers into different arrays](#Res-arr2)
10233 * [ES.63: Don't slice](#Res-slice)
10234 * [ES.64: Use the `T{e}`notation for construction](#Res-construct)
10235 * [ES.65: Don't dereference an invalid pointer](#Res-deref)
10237 Statement rules:
10239 * [ES.70: Prefer a `switch`-statement to an `if`-statement when there is a choice](#Res-switch-if)
10240 * [ES.71: Prefer a range-`for`-statement to a `for`-statement when there is a choice](#Res-for-range)
10241 * [ES.72: Prefer a `for`-statement to a `while`-statement when there is an obvious loop variable](#Res-for-while)
10242 * [ES.73: Prefer a `while`-statement to a `for`-statement when there is no obvious loop variable](#Res-while-for)
10243 * [ES.74: Prefer to declare a loop variable in the initializer part of a `for`-statement](#Res-for-init)
10244 * [ES.75: Avoid `do`-statements](#Res-do)
10245 * [ES.76: Avoid `goto`](#Res-goto)
10246 * [ES.77: Minimize the use of `break` and `continue` in loops](#Res-continue)
10247 * [ES.78: Don't rely on implicit fallthrough in `switch` statements](#Res-break)
10248 * [ES.79: Use `default` to handle common cases (only)](#Res-default)
10249 * [ES.84: Don't try to declare a local variable with no name](#Res-noname)
10250 * [ES.85: Make empty statements visible](#Res-empty)
10251 * [ES.86: Avoid modifying loop control variables inside the body of raw for-loops](#Res-loop-counter)
10252 * [ES.87: Don't add redundant `==` or `!=` to conditions](#Res-if)
10254 Arithmetic rules:
10256 * [ES.100: Don't mix signed and unsigned arithmetic](#Res-mix)
10257 * [ES.101: Use unsigned types for bit manipulation](#Res-unsigned)
10258 * [ES.102: Use signed types for arithmetic](#Res-signed)
10259 * [ES.103: Don't overflow](#Res-overflow)
10260 * [ES.104: Don't underflow](#Res-underflow)
10261 * [ES.105: Don't divide by integer zero](#Res-zero)
10262 * [ES.106: Don't try to avoid negative values by using `unsigned`](#Res-nonnegative)
10263 * [ES.107: Don't use `unsigned` for subscripts, prefer `gsl::index`](#Res-subscripts)
10265 ### <a name="Res-lib"></a>ES.1: Prefer the standard library to other libraries and to "handcrafted code"
10267 ##### Reason
10269 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.
10270 The ISO C++ Standard Library is among the most widely known and best tested libraries.
10271 It is available as part of all C++ implementations.
10273 ##### Example
10275     auto sum = accumulate(begin(a), end(a), 0.0);   // good
10277 a range version of `accumulate` would be even better:
10279     auto sum = accumulate(v, 0.0); // better
10281 but don't hand-code a well-known algorithm:
10283     int max = v.size();   // bad: verbose, purpose unstated
10284     double sum = 0.0;
10285     for (int i = 0; i < max; ++i)
10286         sum = sum + v[i];
10288 ##### Exception
10290 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.
10292 ##### Enforcement
10294 Not easy. ??? Look for messy loops, nested loops, long functions, absence of function calls, lack of use of built-in types. Cyclomatic complexity?
10296 ### <a name="Res-abstr"></a>ES.2: Prefer suitable abstractions to direct use of language features
10298 ##### Reason
10300 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.
10302 ##### Example
10304     vector<string> read1(istream& is)   // good
10305     {
10306         vector<string> res;
10307         for (string s; is >> s;)
10308             res.push_back(s);
10309         return res;
10310     }
10312 The more traditional and lower-level near-equivalent is longer, messier, harder to get right, and most likely slower:
10314     char** read2(istream& is, int maxelem, int maxstring, int* nread)   // bad: verbose and incomplete
10315     {
10316         auto res = new char*[maxelem];
10317         int elemcount = 0;
10318         while (is && elemcount < maxelem) {
10319             auto s = new char[maxstring];
10320             is.read(s, maxstring);
10321             res[elemcount++] = s;
10322         }
10323         *nread = elemcount;
10324         return res;
10325     }
10327 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.
10329 ##### Enforcement
10331 Not easy. ??? Look for messy loops, nested loops, long functions, absence of function calls, lack of use of built-in types. Cyclomatic complexity?
10333 ### <a name="Res-DRY"></a>ES.3: Don't repeat yourself, avoid redundant code
10335 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.
10337 Use standard algorithms where appropriate, instead of writing some own implementation.
10339 **See also**: [SL.1](#Rsl-lib), [ES.11](#Res-auto)
10341 ##### Example
10343     void func(bool flag)    // Bad, duplicated code.
10344     {
10345         if (flag) {
10346             x();
10347             y();
10348         }
10349         else {
10350             x();
10351             z();
10352         }
10353     }
10355     void func(bool flag)    // Better, no duplicated code.
10356     {
10357         x();
10359         if (flag)
10360             y();
10361         else
10362             z();
10363     }
10366 ##### Enforcement
10368 * Use a static analyzer. It will catch at least some redundant constructs.
10369 * Code review
10371 ## ES.dcl: Declarations
10373 A declaration is a statement. A declaration introduces a name into a scope and might cause the construction of a named object.
10375 ### <a name="Res-scope"></a>ES.5: Keep scopes small
10377 ##### Reason
10379 Readability. Minimize resource retention. Avoid accidental misuse of value.
10381 **Alternative formulation**: Don't declare a name in an unnecessarily large scope.
10383 ##### Example
10385     void use()
10386     {
10387         int i;    // bad: i is needlessly accessible after loop
10388         for (i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }
10389         // no intended use of i here
10390         for (int i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }  // good: i is local to for-loop
10392         if (auto pc = dynamic_cast<Circle*>(ps)) {  // good: pc is local to if-statement
10393             // ... deal with Circle ...
10394         }
10395         else {
10396             // ... handle error ...
10397         }
10398     }
10400 ##### Example, bad
10402     void use(const string& name)
10403     {
10404         string fn = name + ".txt";
10405         ifstream is {fn};
10406         Record r;
10407         is >> r;
10408         // ... 200 lines of code without intended use of fn or is ...
10409     }
10411 This function is by most measures too long anyway, but the point is that the resources used by `fn` and the file handle held by `is`
10412 are retained for much longer than needed and that unanticipated use of `is` and `fn` could happen later in the function.
10413 In this case, it might be a good idea to factor out the read:
10415     Record load_record(const string& name)
10416     {
10417         string fn = name + ".txt";
10418         ifstream is {fn};
10419         Record r;
10420         is >> r;
10421         return r;
10422     }
10424     void use(const string& name)
10425     {
10426         Record r = load_record(name);
10427         // ... 200 lines of code ...
10428     }
10430 ##### Enforcement
10432 * Flag loop variable declared outside a loop and not used after the loop
10433 * Flag when expensive resources, such as file handles and locks are not used for N-lines (for some suitable N)
10435 ### <a name="Res-cond"></a>ES.6: Declare names in for-statement initializers and conditions to limit scope
10437 ##### Reason
10439 Readability.
10440 Limit the loop variable visibility to the scope of the loop.
10441 Avoid using the loop variable for other purposes after the loop.
10442 Minimize resource retention.
10444 ##### Example
10446     void use()
10447     {
10448         for (string s; cin >> s;)
10449             v.push_back(s);
10451         for (int i = 0; i < 20; ++i) {   // good: i is local to for-loop
10452             // ...
10453         }
10455         if (auto pc = dynamic_cast<Circle*>(ps)) {   // good: pc is local to if-statement
10456             // ... deal with Circle ...
10457         }
10458         else {
10459             // ... handle error ...
10460         }
10461     }
10463 ##### Example, don't
10465     int j;                            // BAD: j is visible outside the loop
10466     for (j = 0; j < 100; ++j) {
10467         // ...
10468     }
10469     // j is still visible here and isn't needed
10471 **See also**: [Don't use a variable for two unrelated purposes](#Res-recycle)
10473 ##### Enforcement
10475 * Warn when a variable modified inside the `for`-statement is declared outside the loop and not being used outside the loop.
10476 * (hard) Flag loop variables declared before the loop and used after the loop for an unrelated purpose.
10478 **Discussion**: Scoping the loop variable to the loop body also helps code optimizers greatly. Recognizing that the induction variable
10479 is only accessible in the loop body unblocks optimizations such as hoisting, strength reduction, loop-invariant code motion, etc.
10481 ##### C++17 and C++20 example
10483 Note: C++17 and C++20 also add `if`, `switch`, and range-`for` initializer statements. These require C++17 and C++20 support.
10485     map<int, string> mymap;
10487     if (auto result = mymap.insert(value); result.second) {
10488         // insert succeeded, and result is valid for this block
10489         use(result.first);  // ok
10490         // ...
10491     } // result is destroyed here
10493 ##### C++17 and C++20 enforcement (if using a C++17 or C++20 compiler)
10495 * Flag selection/loop variables declared before the body and not used after the body
10496 * (hard) Flag selection/loop variables declared before the body and used after the body for an unrelated purpose.
10498 ### <a name="Res-name-length"></a>ES.7: Keep common and local names short, and keep uncommon and non-local names longer
10500 ##### Reason
10502 Readability. Lowering the chance of clashes between unrelated non-local names.
10504 ##### Example
10506 Conventional short, local names increase readability:
10508     template<typename T>    // good
10509     void print(ostream& os, const vector<T>& v)
10510     {
10511         for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i)
10512             os << v[i] << '\n';
10513     }
10515 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
10517     template<typename Element_type>   // bad: verbose, hard to read
10518     void print(ostream& target_stream, const vector<Element_type>& current_vector)
10519     {
10520         for (gsl::index current_element_index = 0;
10521              current_element_index < current_vector.size();
10522              ++current_element_index
10523         )
10524         target_stream << current_vector[current_element_index] << '\n';
10525     }
10527 Yes, it is a caricature, but we have seen worse.
10529 ##### Example
10531 Unconventional and short non-local names obscure code:
10533     void use1(const string& s)
10534     {
10535         // ...
10536         tt(s);   // bad: what is tt()?
10537         // ...
10538     }
10540 Better, give non-local entities readable names:
10542     void use1(const string& s)
10543     {
10544         // ...
10545         trim_tail(s);   // better
10546         // ...
10547     }
10549 Here, there is a chance that the reader knows what `trim_tail` means and that the reader can remember it after looking it up.
10551 ##### Example, bad
10553 Argument names of large functions are de facto non-local and should be meaningful:
10555     void complicated_algorithm(vector<Record>& vr, const vector<int>& vi, map<string, int>& out)
10556     // read from events in vr (marking used Records) for the indices in
10557     // vi placing (name, index) pairs into out
10558     {
10559         // ... 500 lines of code using vr, vi, and out ...
10560     }
10562 We recommend keeping functions short, but that rule isn't universally adhered to and naming should reflect that.
10564 ##### Enforcement
10566 Check length of local and non-local names. Also take function length into account.
10568 ### <a name="Res-name-similar"></a>ES.8: Avoid similar-looking names
10570 ##### Reason
10572 Code clarity and readability. Too-similar names slow down comprehension and increase the likelihood of error.
10574 ##### Example, bad
10576     if (readable(i1 + l1 + ol + o1 + o0 + ol + o1 + I0 + l0)) surprise();
10578 ##### Example, bad
10580 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.
10582     struct foo { int n; };
10583     struct foo foo();       // BAD, foo is a type already in scope
10584     struct foo x = foo();   // requires disambiguation
10586 ##### Exception
10588 Antique header files might declare non-types and types with the same name in the same scope.
10590 ##### Enforcement
10592 * Check names against a list of known confusing letter and digit combinations.
10593 * Flag a declaration of a variable, function, or enumerator that hides a class or enumeration declared in the same scope.
10595 ### <a name="Res-not-CAPS"></a>ES.9: Avoid `ALL_CAPS` names
10597 ##### Reason
10599 Such names are commonly used for macros. Thus, `ALL_CAPS` name are vulnerable to unintended macro substitution.
10601 ##### Example
10603     // somewhere in some header:
10604     #define NE !=
10606     // somewhere else in some other header:
10607     enum Coord { N, NE, NW, S, SE, SW, E, W };
10609     // somewhere third in some poor programmer's .cpp:
10610     switch (direction) {
10611     case N:
10612         // ...
10613     case NE:
10614         // ...
10615     // ...
10616     }
10618 ##### Note
10620 Do not use `ALL_CAPS` for constants just because constants used to be macros.
10622 ##### Enforcement
10624 Flag all uses of ALL CAPS. For older code, accept ALL CAPS for macro names and flag all non-ALL-CAPS macro names.
10626 ### <a name="Res-name-one"></a>ES.10: Declare one name (only) per declaration
10628 ##### Reason
10630 One declaration per line increases readability and avoids mistakes related to
10631 the C/C++ grammar. It also leaves room for a more descriptive end-of-line
10632 comment.
10634 ##### Example, bad
10636     char *p, c, a[7], *pp[7], **aa[10];   // yuck!
10638 ##### Exception
10640 A function declaration can contain several function argument declarations.
10642 ##### Exception
10644 A structured binding (C++17) is specifically designed to introduce several variables:
10646     auto [iter, inserted] = m.insert_or_assign(k, val);
10647     if (inserted) { /* new entry was inserted */ }
10649 ##### Example
10651     template<class InputIterator, class Predicate>
10652     bool any_of(InputIterator first, InputIterator last, Predicate pred);
10654 or better using concepts:
10656     bool any_of(input_iterator auto first, input_iterator auto last, predicate auto pred);
10658 ##### Example
10660     double scalbn(double x, int n);   // OK: x * pow(FLT_RADIX, n); FLT_RADIX is usually 2
10664     double scalbn(    // better: x * pow(FLT_RADIX, n); FLT_RADIX is usually 2
10665         double x,     // base value
10666         int n         // exponent
10667     );
10671     // better: base * pow(FLT_RADIX, exponent); FLT_RADIX is usually 2
10672     double scalbn(double base, int exponent);
10674 ##### Example
10676     int a = 10, b = 11, c = 12, d, e = 14, f = 15;
10678 In a long list of declarators it is easy to overlook an uninitialized variable.
10680 ##### Enforcement
10682 Flag variable and constant declarations with multiple declarators (e.g., `int* p, q;`)
10684 ### <a name="Res-auto"></a>ES.11: Use `auto` to avoid redundant repetition of type names
10686 ##### Reason
10688 * Simple repetition is tedious and error-prone.
10689 * When you use `auto`, the name of the declared entity is in a fixed position in the declaration, increasing readability.
10690 * In a function template declaration the return type can be a member type.
10692 ##### Example
10694 Consider:
10696     auto p = v.begin();      // vector<DataRecord>::iterator
10697     auto z1 = v[3];          // makes copy of DataRecord
10698     auto& z2 = v[3];         // avoids copy
10699     const auto& z3 = v[3];   // const and avoids copy
10700     auto h = t.future();
10701     auto q = make_unique<int[]>(s);
10702     auto f = [](int x) { return x + 10; };
10704 In each case, we save writing a longish, hard-to-remember type that the compiler already knows but a programmer could get wrong.
10706 ##### Example
10708     template<class T>
10709     auto Container<T>::first() -> Iterator;   // Container<T>::Iterator
10711 ##### Exception
10713 Avoid `auto` for initializer lists and in cases where you know exactly which type you want and where an initializer might require conversion.
10715 ##### Example
10717     auto lst = { 1, 2, 3 };   // lst is an initializer list
10718     auto x{1};   // x is an int (in C++17; initializer_list in C++11)
10720 ##### Note
10722 As of C++20, we can (and should) use concepts to be more specific about the type we are deducing:
10724     // ...
10725     forward_iterator auto p = algo(x, y, z);
10727 ##### Example (C++17)
10729     std::set<int> values;
10730     // ...
10731     auto [ position, newly_inserted ] = values.insert(5);   // break out the members of the std::pair
10733 ##### Enforcement
10735 Flag redundant repetition of type names in a declaration.
10737 ### <a name="Res-reuse"></a>ES.12: Do not reuse names in nested scopes
10739 ##### Reason
10741 It is easy to get confused about which variable is used.
10742 Can cause maintenance problems.
10744 ##### Example, bad
10746     int d = 0;
10747     // ...
10748     if (cond) {
10749         // ...
10750         d = 9;
10751         // ...
10752     }
10753     else {
10754         // ...
10755         int d = 7;
10756         // ...
10757         d = value_to_be_returned;
10758         // ...
10759     }
10761     return d;
10763 If this is a large `if`-statement, it is easy to overlook that a new `d` has been introduced in the inner scope.
10764 This is a known source of bugs.
10765 Sometimes such reuse of a name in an inner scope is called "shadowing".
10767 ##### Note
10769 Shadowing is primarily a problem when functions are too large and too complex.
10771 ##### Example
10773 Shadowing of function arguments in the outermost block is disallowed by the language:
10775     void f(int x)
10776     {
10777         int x = 4;  // error: reuse of function argument name
10779         if (x) {
10780             int x = 7;  // allowed, but bad
10781             // ...
10782         }
10783     }
10785 ##### Example, bad
10787 Reuse of a member name as a local variable can also be a problem:
10789     struct S {
10790         int m;
10791         void f(int x);
10792     };
10794     void S::f(int x)
10795     {
10796         m = 7;    // assign to member
10797         if (x) {
10798             int m = 9;
10799             // ...
10800             m = 99; // assign to local variable
10801             // ...
10802         }
10803     }
10805 ##### Exception
10807 We often reuse function names from a base class in a derived class:
10809     struct B {
10810         void f(int);
10811     };
10813     struct D : B {
10814         void f(double);
10815         using B::f;
10816     };
10818 This is error-prone.
10819 For example, had we forgotten the using declaration, a call `d.f(1)` would not have found the `int` version of `f`.
10821 ??? Do we need a specific rule about shadowing/hiding in class hierarchies?
10823 ##### Enforcement
10825 * Flag reuse of a name in nested local scopes
10826 * Flag reuse of a member name as a local variable in a member function
10827 * Flag reuse of a global name as a local variable or a member name
10828 * Flag reuse of a base class member name in a derived class (except for function names)
10830 ### <a name="Res-always"></a>ES.20: Always initialize an object
10832 ##### Reason
10834 Avoid used-before-set errors and their associated undefined behavior.
10835 Avoid problems with comprehension of complex initialization.
10836 Simplify refactoring.
10838 ##### Example
10840     void use(int arg)
10841     {
10842         int i;   // bad: uninitialized variable
10843         // ...
10844         i = 7;   // initialize i
10845     }
10847 No, `i = 7` does not initialize `i`; it assigns to it. Also, `i` can be read in the `...` part. Better:
10849     void use(int arg)   // OK
10850     {
10851         int i = 7;   // OK: initialized
10852         string s;    // OK: default initialized
10853         // ...
10854     }
10856 ##### Note
10858 The *always initialize* rule is deliberately stronger than the *an object must be set before used* language rule.
10859 The latter, more relaxed rule, catches the technical bugs, but:
10861 * It leads to less readable code
10862 * It encourages people to declare names in greater than necessary scopes
10863 * It leads to harder to read code
10864 * It leads to logic bugs by encouraging complex code
10865 * It hampers refactoring
10867 The *always initialize* rule is a style rule aimed to improve maintainability as well as a rule protecting against used-before-set errors.
10869 ##### Example
10871 Here is an example that is often considered to demonstrate the need for a more relaxed rule for initialization
10873     widget i;    // "widget" a type that's expensive to initialize, possibly a large trivial type
10874     widget j;
10876     if (cond) {  // bad: i and j are initialized "late"
10877         i = f1();
10878         j = f2();
10879     }
10880     else {
10881         i = f3();
10882         j = f4();
10883     }
10885 This cannot trivially be rewritten to initialize `i` and `j` with initializers.
10886 Note that for types with a default constructor, attempting to postpone initialization simply leads to a default initialization followed by an assignment.
10887 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.
10889 Assuming that there is a logical connection between `i` and `j`, that connection should probably be expressed in code:
10891     pair<widget, widget> make_related_widgets(bool x)
10892     {
10893         return (x) ? {f1(), f2()} : {f3(), f4()};
10894     }
10896     auto [i, j] = make_related_widgets(cond);    // C++17
10898 If the `make_related_widgets` function is otherwise redundant,
10899 we can eliminate it by using a lambda [ES.28](#Res-lambda-init):
10901     auto [i, j] = [x] { return (x) ? pair{f1(), f2()} : pair{f3(), f4()} }();    // C++17
10903 Using a value representing "uninitialized" is a symptom of a problem and not a solution:
10905     widget i = uninit;  // bad
10906     widget j = uninit;
10908     // ...
10909     use(i);         // possibly used before set
10910     // ...
10912     if (cond) {     // bad: i and j are initialized "late"
10913         i = f1();
10914         j = f2();
10915     }
10916     else {
10917         i = f3();
10918         j = f4();
10919     }
10921 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?
10923 ##### Note
10925 Complex initialization has been popular with clever programmers for decades.
10926 It has also been a major source of errors and complexity.
10927 Many such errors are introduced during maintenance years after the initial implementation.
10929 ##### Example
10931 This rule covers data members.
10933     class X {
10934     public:
10935         X(int i, int ci) : m2{i}, cm2{ci} {}
10936         // ...
10938     private:
10939         int m1 = 7;
10940         int m2;
10941         int m3;
10943         const int cm1 = 7;
10944         const int cm2;
10945         const int cm3;
10946     };
10948 The compiler will flag the uninitialized `cm3` because it is a `const`, but it will not catch the lack of initialization of `m3`.
10949 Usually, a rare spurious member initialization is worth the absence of errors from lack of initialization and often an optimizer
10950 can eliminate a redundant initialization (e.g., an initialization that occurs immediately before an assignment).
10952 ##### Exception
10954 If you are declaring an object that is just about to be initialized from input, initializing it would cause a double initialization.
10955 However, beware that this might leave uninitialized data beyond the input -- and that has been a fertile source of errors and security breaches:
10957     constexpr int max = 8 * 1024;
10958     int buf[max];         // OK, but suspicious: uninitialized
10959     f.read(buf, max);
10961 The cost of initializing that array could be significant in some situations.
10962 However, such examples do tend to leave uninitialized variables accessible, so they should be treated with suspicion.
10964     constexpr int max = 8 * 1024;
10965     int buf[max] = {};   // zero all elements; better in some situations
10966     f.read(buf, max);
10968 Because of the restrictive initialization rules for arrays and `std::array`, they offer the most compelling examples of the need for this exception.
10970 When feasible use a library function that is known not to overflow. For example:
10972     string s;   // s is default initialized to ""
10973     cin >> s;   // s expands to hold the string
10975 Don't consider simple variables that are targets for input operations exceptions to this rule:
10977     int i;   // bad
10978     // ...
10979     cin >> i;
10981 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.
10983     int i2 = 0;   // better, assuming that zero is an acceptable value for i2
10984     // ...
10985     cin >> i2;
10987 A good optimizer should know about input operations and eliminate the redundant operation.
10990 ##### Note
10992 Sometimes, a lambda can be used as an initializer to avoid an uninitialized variable:
10994     error_code ec;
10995     Value v = [&] {
10996         auto p = get_value();   // get_value() returns a pair<error_code, Value>
10997         ec = p.first;
10998         return p.second;
10999     }();
11001 or maybe:
11003     Value v = [] {
11004         auto p = get_value();   // get_value() returns a pair<error_code, Value>
11005         if (p.first) throw Bad_value{p.first};
11006         return p.second;
11007     }();
11009 **See also**: [ES.28](#Res-lambda-init)
11011 ##### Enforcement
11013 * Flag every uninitialized variable.
11014   Don't flag variables of user-defined types with default constructors.
11015 * Check that an uninitialized buffer is written into *immediately* after declaration.
11016   Passing an uninitialized variable as a reference to non-`const` argument can be assumed to be a write into the variable.
11018 ### <a name="Res-introduce"></a>ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it
11020 ##### Reason
11022 Readability. To limit the scope in which the variable can be used.
11024 ##### Example
11026     int x = 7;
11027     // ... no use of x here ...
11028     ++x;
11030 ##### Enforcement
11032 Flag declarations that are distant from their first use.
11034 ### <a name="Res-init"></a>ES.22: Don't declare a variable until you have a value to initialize it with
11036 ##### Reason
11038 Readability. Limit the scope in which a variable can be used. Don't risk used-before-set. Initialization is often more efficient than assignment.
11040 ##### Example, bad
11042     string s;
11043     // ... no use of s here ...
11044     s = "what a waste";
11046 ##### Example, bad
11048     SomeLargeType var;  // Hard-to-read CaMeLcAsEvArIaBlE
11050     if (cond)   // some non-trivial condition
11051         Set(&var);
11052     else if (cond2 || !cond3) {
11053         var = Set2(3.14);
11054     }
11055     else {
11056         var = 0;
11057         for (auto& e : something)
11058             var += e;
11059     }
11061     // use var; that this isn't done too early can be enforced statically with only control flow
11063 This would be fine if there was a default initialization for `SomeLargeType` that wasn't too expensive.
11064 Otherwise, a programmer might very well wonder if every possible path through the maze of conditions has been covered.
11065 If not, we have a "use before set" bug. This is a maintenance trap.
11067 For initializers of moderate complexity, including for `const` variables, consider using a lambda to express the initializer; see [ES.28](#Res-lambda-init).
11069 ##### Enforcement
11071 * Flag declarations with default initialization that are assigned to before they are first read.
11072 * Flag any complicated computation after an uninitialized variable and before its use.
11074 ### <a name="Res-list"></a>ES.23: Prefer the `{}`-initializer syntax
11076 ##### Reason
11078 Prefer `{}`. The rules for `{}` initialization are simpler, more general, less ambiguous, and safer than for other forms of initialization.
11080 Use `=` only when you are sure that there can be no narrowing conversions. For built-in arithmetic types, use `=` only with `auto`.
11082 Avoid `()` initialization, which allows parsing ambiguities.
11084 ##### Example
11086     int x {f(99)};
11087     int y = x;
11088     vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
11090 ##### Exception
11092 For containers, there is a tradition for using `{...}` for a list of elements and `(...)` for sizes:
11094     vector<int> v1(10);    // vector of 10 elements with the default value 0
11095     vector<int> v2{10};    // vector of 1 element with the value 10
11097     vector<int> v3(1, 2);  // vector of 1 element with the value 2
11098     vector<int> v4{1, 2};  // vector of 2 elements with the values 1 and 2
11100 ##### Note
11102 `{}`-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).
11104 ##### Example
11106     int x {7.9};   // error: narrowing
11107     int y = 7.9;   // OK: y becomes 7. Hope for a compiler warning
11108     int z {gsl::narrow_cast<int>(7.9)};    // OK: you asked for it
11109     auto zz = gsl::narrow_cast<int>(7.9);  // OK: you asked for it
11111 ##### Note
11113 `{}` initialization can be used for nearly all initialization; other forms of initialization can't:
11115     auto p = new vector<int> {1, 2, 3, 4, 5};   // initialized vector
11116     D::D(int a, int b) :m{a, b} {   // member initializer (e.g., m might be a pair)
11117         // ...
11118     };
11119     X var {};   // initialize var to be empty
11120     struct S {
11121         int m {7};   // default initializer for a member
11122         // ...
11123     };
11125 For that reason, `{}`-initialization is often called "uniform initialization"
11126 (though there unfortunately are a few irregularities left).
11128 ##### Note
11130 Initialization of a variable declared using `auto` with a single value, e.g., `{v}`, had surprising results until C++17.
11131 The C++17 rules are somewhat less surprising:
11133     auto x1 {7};        // x1 is an int with the value 7
11134     auto x2 = {7};      // x2 is an initializer_list<int> with an element 7
11136     auto x11 {7, 8};    // error: two initializers
11137     auto x22 = {7, 8};  // x22 is an initializer_list<int> with elements 7 and 8
11139 Use `={...}` if you really want an `initializer_list<T>`
11141     auto fib10 = {1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55};   // fib10 is a list
11143 ##### Note
11145 `={}` gives copy initialization whereas `{}` gives direct initialization.
11146 Like the distinction between copy-initialization and direct-initialization itself, this can lead to surprises.
11147 `{}` accepts `explicit` constructors; `={}` does not. For example:
11149     struct Z { explicit Z() {} };
11151     Z z1{};     // OK: direct initialization, so we use explicit constructor
11152     Z z2 = {};  // error: copy initialization, so we cannot use the explicit constructor
11154 Use plain `{}`-initialization unless you specifically want to disable explicit constructors.
11156 ##### Example
11158     template<typename T>
11159     void f()
11160     {
11161         T x1(1);    // T initialized with 1
11162         T x0();     // bad: function declaration (often a mistake)
11164         T y1 {1};   // T initialized with 1
11165         T y0 {};    // default initialized T
11166         // ...
11167     }
11169 **See also**: [Discussion](#???)
11171 ##### Enforcement
11173 * Flag uses of `=` to initialize arithmetic types where narrowing occurs.
11174 * Flag uses of `()` initialization syntax that are actually declarations. (Many compilers should warn on this already.)
11176 ### <a name="Res-unique"></a>ES.24: Use a `unique_ptr<T>` to hold pointers
11178 ##### Reason
11180 Using `std::unique_ptr` is the simplest way to avoid leaks. It is reliable, it
11181 makes the type system do much of the work to validate ownership safety, it
11182 increases readability, and it has zero or near zero run-time cost.
11184 ##### Example
11186     void use(bool leak)
11187     {
11188         auto p1 = make_unique<int>(7);   // OK
11189         int* p2 = new int{7};            // bad: might leak
11190         // ... no assignment to p2 ...
11191         if (leak) return;
11192         // ... no assignment to p2 ...
11193         vector<int> v(7);
11194         v.at(7) = 0;                    // exception thrown
11195         delete p2;                      // too late to prevent leaks
11196         // ...
11197     }
11199 If `leak == true` the object pointed to by `p2` is leaked and the object pointed to by `p1` is not.
11200 The same is the case when `at()` throws. In both cases, the `delete p2` statement is not reached.
11202 ##### Enforcement
11204 Look for raw pointers that are targets of `new`, `malloc()`, or functions that might return such pointers.
11206 ### <a name="Res-const"></a>ES.25: Declare an object `const` or `constexpr` unless you want to modify its value later on
11208 ##### Reason
11210 That way you can't change the value by mistake. That way might offer the compiler optimization opportunities.
11212 ##### Example
11214     void f(int n)
11215     {
11216         const int bufmax = 2 * n + 2;  // good: we can't change bufmax by accident
11217         int xmax = n;                  // suspicious: is xmax intended to change?
11218         // ...
11219     }
11221 ##### Enforcement
11223 Look to see if a variable is actually mutated, and flag it if
11224 not. Unfortunately, it might be impossible to detect when a non-`const` was not
11225 *intended* to vary (vs when it merely did not vary).
11227 ### <a name="Res-recycle"></a>ES.26: Don't use a variable for two unrelated purposes
11229 ##### Reason
11231 Readability and safety.
11233 ##### Example, bad
11235     void use()
11236     {
11237         int i;
11238         for (i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }
11239         for (i = 0; i < 200; ++i) { /* ... */ } // bad: i recycled
11240     }
11242 ##### Note
11244 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.
11246     void write_to_file()
11247     {
11248         std::string buffer;             // to avoid reallocations on every loop iteration
11249         for (auto& o : objects) {
11250             // First part of the work.
11251             generate_first_string(buffer, o);
11252             write_to_file(buffer);
11254             // Second part of the work.
11255             generate_second_string(buffer, o);
11256             write_to_file(buffer);
11258             // etc...
11259         }
11260     }
11262 ##### Enforcement
11264 Flag recycled variables.
11266 ### <a name="Res-stack"></a>ES.27: Use `std::array` or `stack_array` for arrays on the stack
11268 ##### Reason
11270 They are readable and don't implicitly convert to pointers.
11271 They are not confused with non-standard extensions of built-in arrays.
11273 ##### Example, bad
11275     const int n = 7;
11276     int m = 9;
11278     void f()
11279     {
11280         int a1[n];
11281         int a2[m];   // error: not ISO C++
11282         // ...
11283     }
11285 ##### Note
11287 The definition of `a1` is legal C++ and has always been.
11288 There is a lot of such code.
11289 It is error-prone, though, especially when the bound is non-local.
11290 Also, it is a "popular" source of errors (buffer overflow, pointers from array decay, etc.).
11291 The definition of `a2` is C but not C++ and is considered a security risk
11293 ##### Example
11295     const int n = 7;
11296     int m = 9;
11298     void f()
11299     {
11300         array<int, n> a1;
11301         stack_array<int> a2(m);
11302         // ...
11303     }
11305 ##### Enforcement
11307 * Flag arrays with non-constant bounds (C-style VLAs)
11308 * Flag arrays with non-local constant bounds
11310 ### <a name="Res-lambda-init"></a>ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables
11312 ##### Reason
11314 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.
11316 ##### Example, bad
11318     widget x;   // should be const, but:
11319     for (auto i = 2; i <= N; ++i) {          // this could be some
11320         x += some_obj.do_something_with(i);  // arbitrarily long code
11321     }                                        // needed to initialize x
11322     // from here, x should be const, but we can't say so in code in this style
11324 ##### Example, good
11326     const widget x = [&] {
11327         widget val;                                // assume that widget has a default constructor
11328         for (auto i = 2; i <= N; ++i) {            // this could be some
11329             val += some_obj.do_something_with(i);  // arbitrarily long code
11330         }                                          // needed to initialize x
11331         return val;
11332     }();
11334 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.
11336 ##### Enforcement
11338 Hard. At best a heuristic. Look for an uninitialized variable followed by a loop assigning to it.
11340 ### <a name="Res-macros"></a>ES.30: Don't use macros for program text manipulation
11342 ##### Reason
11344 Macros are a major source of bugs.
11345 Macros don't obey the usual scope and type rules.
11346 Macros ensure that the human reader sees something different from what the compiler sees.
11347 Macros complicate tool building.
11349 ##### Example, bad
11351     #define Case break; case   /* BAD */
11353 This innocuous-looking macro makes a single lower case `c` instead of a `C` into a bad flow-control bug.
11355 ##### Note
11357 This rule does not ban the use of macros for "configuration control" use in `#ifdef`s, etc.
11359 In the future, modules are likely to eliminate the need for macros in configuration control.
11361 ##### Note
11363 This rule is meant to also discourage use of `#` for stringification and `##` for concatenation.
11364 As usual for macros, there are uses that are "mostly harmless", but even these can create problems for tools,
11365 such as auto completers, static analyzers, and debuggers.
11366 Often the desire to use fancy macros is a sign of an overly complex design.
11367 Also, `#` and `##` encourages the definition and use of macros:
11369     #define CAT(a, b) a ## b
11370     #define STRINGIFY(a) #a
11372     void f(int x, int y)
11373     {
11374         string CAT(x, y) = "asdf";   // BAD: hard for tools to handle (and ugly)
11375         string sx2 = STRINGIFY(x);
11376         // ...
11377     }
11379 There are workarounds for low-level string manipulation using macros. For example:
11381     enum E { a, b };
11383     template<int x>
11384     constexpr const char* stringify()
11385     {
11386         switch (x) {
11387         case a: return "a";
11388         case b: return "b";
11389         }
11390     }
11392     void f()
11393     {
11394         string s1 = stringify<a>();
11395         string s2 = stringify<b>();
11396         // ...
11397     }
11399 This is not as convenient as a macro to define, but as easy to use, has zero overhead, and is typed and scoped.
11401 In the future, static reflection is likely to eliminate the last needs for the preprocessor for program text manipulation.
11403 ##### Enforcement
11405 Scream when you see a macro that isn't just used for source control (e.g., `#ifdef`)
11407 ### <a name="Res-macros2"></a>ES.31: Don't use macros for constants or "functions"
11409 ##### Reason
11411 Macros are a major source of bugs.
11412 Macros don't obey the usual scope and type rules.
11413 Macros don't obey the usual rules for argument passing.
11414 Macros ensure that the human reader sees something different from what the compiler sees.
11415 Macros complicate tool building.
11417 ##### Example, bad
11419     #define PI 3.14
11420     #define SQUARE(a, b) (a * b)
11422 Even if we hadn't left a well-known bug in `SQUARE` there are much better behaved alternatives; for example:
11424     constexpr double pi = 3.14;
11425     template<typename T> T square(T a, T b) { return a * b; }
11427 ##### Enforcement
11429 Scream when you see a macro that isn't just used for source control (e.g., `#ifdef`)
11431 ### <a name="Res-ALL_CAPS"></a>ES.32: Use `ALL_CAPS` for all macro names
11433 ##### Reason
11435 Convention. Readability. Distinguishing macros.
11437 ##### Example
11439     #define forever for (;;)   /* very BAD */
11441     #define FOREVER for (;;)   /* Still evil, but at least visible to humans */
11443 ##### Enforcement
11445 Scream when you see a lower case macro.
11447 ### <a name="Res-MACROS"></a>ES.33: If you must use macros, give them unique names
11449 ##### Reason
11451 Macros do not obey scope rules.
11453 ##### Example
11455     #define MYCHAR        /* BAD, will eventually clash with someone else's MYCHAR*/
11457     #define ZCORP_CHAR    /* Still evil, but less likely to clash */
11459 ##### Note
11461 Avoid macros if you can: [ES.30](#Res-macros), [ES.31](#Res-macros2), and [ES.32](#Res-ALL_CAPS).
11462 However, there are billions of lines of code littered with macros and a long tradition for using and overusing macros.
11463 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.
11465 ##### Enforcement
11467 Warn against short macro names.
11469 ### <a name="Res-ellipses"></a> ES.34: Don't define a (C-style) variadic function
11471 ##### Reason
11473 Not type safe.
11474 Requires messy cast-and-macro-laden code to get working right.
11476 ##### Example
11478     #include <cstdarg>
11480     // "severity" followed by a zero-terminated list of char*s; write the C-style strings to cerr
11481     void error(int severity ...)
11482     {
11483         va_list ap;             // a magic type for holding arguments
11484         va_start(ap, severity); // arg startup: "severity" is the first argument of error()
11486         for (;;) {
11487             // treat the next var as a char*; no checking: a cast in disguise
11488             char* p = va_arg(ap, char*);
11489             if (!p) break;
11490             cerr << p << ' ';
11491         }
11493         va_end(ap);             // arg cleanup (don't forget this)
11495         cerr << '\n';
11496         if (severity) exit(severity);
11497     }
11499     void use()
11500     {
11501         error(7, "this", "is", "an", "error", nullptr);
11502         error(7); // crash
11503         error(7, "this", "is", "an", "error");  // crash
11504         const char* is = "is";
11505         string an = "an";
11506         error(7, "this", is, an, "error"); // crash
11507     }
11509 **Alternative**: Overloading. Templates. Variadic templates.
11511     #include <iostream>
11513     void error(int severity)
11514     {
11515         std::cerr << '\n';
11516         std::exit(severity);
11517     }
11519     template<typename T, typename... Ts>
11520     constexpr void error(int severity, T head, Ts... tail)
11521     {
11522         std::cerr << head;
11523         error(severity, tail...);
11524     }
11526     void use()
11527     {
11528         error(7); // No crash!
11529         error(5, "this", "is", "not", "an", "error"); // No crash!
11531         std::string an = "an";
11532         error(7, "this", "is", "not", an, "error"); // No crash!
11534         error(5, "oh", "no", nullptr); // Compile error! No need for nullptr.
11535     }
11538 ##### Note
11540 This is basically the way `printf` is implemented.
11542 ##### Enforcement
11544 * Flag definitions of C-style variadic functions.
11545 * Flag `#include <cstdarg>` and `#include <stdarg.h>`
11548 ## ES.expr: Expressions
11550 Expressions manipulate values.
11552 ### <a name="Res-complicated"></a>ES.40: Avoid complicated expressions
11554 ##### Reason
11556 Complicated expressions are error-prone.
11558 ##### Example
11560     // bad: assignment hidden in subexpression
11561     while ((c = getc()) != -1)
11563     // bad: two non-local variables assigned in sub-expressions
11564     while ((cin >> c1, cin >> c2), c1 == c2)
11566     // better, but possibly still too complicated
11567     for (char c1, c2; cin >> c1 >> c2 && c1 == c2;)
11569     // OK: if i and j are not aliased
11570     int x = ++i + ++j;
11572     // OK: if i != j and i != k
11573     v[i] = v[j] + v[k];
11575     // bad: multiple assignments "hidden" in subexpressions
11576     x = a + (b = f()) + (c = g()) * 7;
11578     // bad: relies on commonly misunderstood precedence rules
11579     x = a & b + c * d && e ^ f == 7;
11581     // bad: undefined behavior
11582     x = x++ + x++ + ++x;
11584 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.
11586 ##### Note
11588 C++17 tightens up the rules for the order of evaluation
11589 (left-to-right except right-to-left in assignments, and the order of evaluation of function arguments is unspecified; [see ES.43](#Res-order)),
11590 but that doesn't change the fact that complicated expressions are potentially confusing.
11592 ##### Note
11594 A programmer should know and use the basic rules for expressions.
11596 ##### Example
11598     x = k * y + z;             // OK
11600     auto t1 = k * y;           // bad: unnecessarily verbose
11601     x = t1 + z;
11603     if (0 <= x && x < max)   // OK
11605     auto t1 = 0 <= x;        // bad: unnecessarily verbose
11606     auto t2 = x < max;
11607     if (t1 && t2)            // ...
11609 ##### Enforcement
11611 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:
11613 * 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
11614 * writes to aliased variables
11615 * more than N operators (and what should N be?)
11616 * reliance of subtle precedence rules
11617 * uses undefined behavior (can we catch all undefined behavior?)
11618 * implementation defined behavior?
11619 * ???
11621 ### <a name="Res-parens"></a>ES.41: If in doubt about operator precedence, parenthesize
11623 ##### Reason
11625 Avoid errors. Readability. Not everyone has the operator table memorized.
11627 ##### Example
11629     const unsigned int flag = 2;
11630     unsigned int a = flag;
11632     if (a & flag != 0)  // bad: means a&(flag != 0)
11634 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.
11636     if ((a & flag) != 0)  // OK: works as intended
11638 ##### Note
11640 You should know enough not to need parentheses for:
11642     if (a < 0 || a <= max) {
11643         // ...
11644     }
11646 ##### Enforcement
11648 * Flag combinations of bitwise-logical operators and other operators.
11649 * Flag assignment operators not as the leftmost operator.
11650 * ???
11652 ### <a name="Res-ptr"></a>ES.42: Keep use of pointers simple and straightforward
11654 ##### Reason
11656 Complicated pointer manipulation is a major source of errors.
11658 ##### Note
11660 Use `gsl::span` instead.
11661 Pointers should [only refer to single objects](#Ri-array).
11662 Pointer arithmetic is fragile and easy to get wrong, the source of many, many bad bugs and security violations.
11663 `span` is a bounds-checked, safe type for accessing arrays of data.
11664 Access into an array with known bounds using a constant as a subscript can be validated by the compiler.
11666 ##### Example, bad
11668     void f(int* p, int count)
11669     {
11670         if (count < 2) return;
11672         int* q = p + 1;    // BAD
11674         ptrdiff_t d;
11675         int n;
11676         d = (p - &n);      // OK
11677         d = (q - p);       // OK
11679         int n = *p++;      // BAD
11681         if (count < 6) return;
11683         p[4] = 1;          // BAD
11685         p[count - 1] = 2;  // BAD
11687         use(&p[0], 3);     // BAD
11688     }
11690 ##### Example, good
11692     void f(span<int> a) // BETTER: use span in the function declaration
11693     {
11694         if (a.size() < 2) return;
11696         int n = a[0];      // OK
11698         span<int> q = a.subspan(1); // OK
11700         if (a.size() < 6) return;
11702         a[4] = 1;          // OK
11704         a[a.size() - 1] = 2;  // OK
11706         use(a.data(), 3);  // OK
11707     }
11709 ##### Note
11711 Subscripting with a variable is difficult for both tools and humans to validate as safe.
11712 `span` is a run-time bounds-checked, safe type for accessing arrays of data.
11713 `at()` is another alternative that ensures single accesses are bounds-checked.
11714 If iterators are needed to access an array, use the iterators from a `span` constructed over the array.
11716 ##### Example, bad
11718     void f(array<int, 10> a, int pos)
11719     {
11720         a[pos / 2] = 1; // BAD
11721         a[pos - 1] = 2; // BAD
11722         a[-1] = 3;    // BAD (but easily caught by tools) -- no replacement, just don't do this
11723         a[10] = 4;    // BAD (but easily caught by tools) -- no replacement, just don't do this
11724     }
11726 ##### Example, good
11728 Use a `span`:
11730     void f1(span<int, 10> a, int pos) // A1: Change parameter type to use span
11731     {
11732         a[pos / 2] = 1; // OK
11733         a[pos - 1] = 2; // OK
11734     }
11736     void f2(array<int, 10> arr, int pos) // A2: Add local span and use that
11737     {
11738         span<int> a = {arr.data(), pos};
11739         a[pos / 2] = 1; // OK
11740         a[pos - 1] = 2; // OK
11741     }
11743 Use `at()`:
11745     void f3(array<int, 10> a, int pos) // ALTERNATIVE B: Use at() for access
11746     {
11747         at(a, pos / 2) = 1; // OK
11748         at(a, pos - 1) = 2; // OK
11749     }
11751 ##### Example, bad
11753     void f()
11754     {
11755         int arr[COUNT];
11756         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
11757             arr[i] = i; // BAD, cannot use non-constant indexer
11758     }
11760 ##### Example, good
11762 Use a `span`:
11764     void f1()
11765     {
11766         int arr[COUNT];
11767         span<int> av = arr;
11768         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
11769             av[i] = i;
11770     }
11772 Use a `span` and range-`for`:
11774     void f1a()
11775     {
11776          int arr[COUNT];
11777          span<int, COUNT> av = arr;
11778          int i = 0;
11779          for (auto& e : av)
11780              e = i++;
11781     }
11783 Use `at()` for access:
11785     void f2()
11786     {
11787         int arr[COUNT];
11788         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
11789             at(arr, i) = i;
11790     }
11792 Use a range-`for`:
11794     void f3()
11795     {
11796         int arr[COUNT];
11797         int i = 0;
11798         for (auto& e : arr)
11799              e = i++;
11800     }
11802 ##### Note
11804 Tooling can offer rewrites of array accesses that involve dynamic index expressions to use `at()` instead:
11806     static int a[10];
11808     void f(int i, int j)
11809     {
11810         a[i + j] = 12;      // BAD, could be rewritten as ...
11811         at(a, i + j) = 12;  // OK -- bounds-checked
11812     }
11814 ##### Example
11816 Turning an array into a pointer (as the language does essentially always) removes opportunities for checking, so avoid it
11818     void g(int* p);
11820     void f()
11821     {
11822         int a[5];
11823         g(a);        // BAD: are we trying to pass an array?
11824         g(&a[0]);    // OK: passing one object
11825     }
11827 If you want to pass an array, say so:
11829     void g(int* p, size_t length);  // old (dangerous) code
11831     void g1(span<int> av); // BETTER: get g() changed.
11833     void f2()
11834     {
11835         int a[5];
11836         span<int> av = a;
11838         g(av.data(), av.size());   // OK, if you have no choice
11839         g1(a);                     // OK -- no decay here, instead use implicit span ctor
11840     }
11842 ##### Enforcement
11844 * Flag any arithmetic operation on an expression of pointer type that results in a value of pointer type.
11845 * 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.
11846 * Flag any expression that would rely on implicit conversion of an array type to a pointer type.
11848 This rule is part of the [bounds-safety profile](#SS-bounds).
11851 ### <a name="Res-order"></a>ES.43: Avoid expressions with undefined order of evaluation
11853 ##### Reason
11855 You have no idea what such code does. Portability.
11856 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.
11858 ##### Note
11860 C++17 tightens up the rules for the order of evaluation:
11861 left-to-right except right-to-left in assignments, and the order of evaluation of function arguments is unspecified.
11863 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.
11865 ##### Example
11867     v[i] = ++i;   //  the result is undefined
11869 A good rule of thumb is that you should not read a value twice in an expression where you write to it.
11871 ##### Enforcement
11873 Can be detected by a good analyzer.
11875 ### <a name="Res-order-fct"></a>ES.44: Don't depend on order of evaluation of function arguments
11877 ##### Reason
11879 Because that order is unspecified.
11881 ##### Note
11883 C++17 tightens up the rules for the order of evaluation, but the order of evaluation of function arguments is still unspecified.
11885 ##### Example
11887     int i = 0;
11888     f(++i, ++i);
11890 Before C++17, the behavior is undefined, so the behavior could be anything (e.g., `f(2, 2)`).
11891 Since C++17, this code does not have undefined behavior, but it is still not specified which argument is evaluated first. The call will be `f(1, 2)` or `f(2, 1)`, but you don't know which.
11893 ##### Example
11895 Overloaded operators can lead to order of evaluation problems:
11897     f1()->m(f2());          // m(f1(), f2())
11898     cout << f1() << f2();   // operator<<(operator<<(cout, f1()), f2())
11900 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)
11902     f1() = f2();    // undefined behavior in C++14; in C++17, f2() is evaluated before f1()
11904 ##### Enforcement
11906 Can be detected by a good analyzer.
11908 ### <a name="Res-magic"></a>ES.45: Avoid "magic constants"; use symbolic constants
11910 ##### Reason
11912 Unnamed constants embedded in expressions are easily overlooked and often hard to understand:
11914 ##### Example
11916     for (int m = 1; m <= 12; ++m)   // don't: magic constant 12
11917         cout << month[m] << '\n';
11919 No, we don't all know that there are 12 months, numbered 1..12, in a year. Better:
11921     // months are indexed 1..12
11922     constexpr int first_month = 1;
11923     constexpr int last_month = 12;
11925     for (int m = first_month; m <= last_month; ++m)   // better
11926         cout << month[m] << '\n';
11928 Better still, don't expose constants:
11930     for (auto m : month)
11931         cout << m << '\n';
11933 ##### Enforcement
11935 Flag literals in code. Give a pass to `0`, `1`, `nullptr`, `\n`, `""`, and others on a positive list.
11937 ### <a name="Res-narrowing"></a>ES.46: Avoid lossy (narrowing, truncating) arithmetic conversions
11939 ##### Reason
11941 A narrowing conversion destroys information, often unexpectedly so.
11943 ##### Example, bad
11945 A key example is basic narrowing:
11947     double d = 7.9;
11948     int i = d;    // bad: narrowing: i becomes 7
11949     i = (int) d;  // bad: we're going to claim this is still not explicit enough
11951     void f(int x, long y, double d)
11952     {
11953         char c1 = x;   // bad: narrowing
11954         char c2 = y;   // bad: narrowing
11955         char c3 = d;   // bad: narrowing
11956     }
11958 ##### Note
11960 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 legal values:
11962     i = gsl::narrow_cast<int>(d);   // OK (you asked for it): narrowing: i becomes 7
11963     i = gsl::narrow<int>(d);        // OK: throws narrowing_error
11965 We also include lossy arithmetic casts, such as from a negative floating point type to an unsigned integral type:
11967     double d = -7.9;
11968     unsigned u = 0;
11970     u = d;                               // bad: narrowing
11971     u = gsl::narrow_cast<unsigned>(d);   // OK (you asked for it): u becomes 4294967289
11972     u = gsl::narrow<unsigned>(d);        // OK: throws narrowing_error
11974 ##### Note
11976 This rule does not apply to [contextual conversions to bool](https://en.cppreference.com/w/cpp/language/implicit_conversion#Contextual_conversions):
11978     if (ptr) do_something(*ptr);   // OK: ptr is used as a condition
11979     bool b = ptr;                  // bad: narrowing
11981 ##### Enforcement
11983 A good analyzer can detect all narrowing conversions. However, flagging all narrowing conversions will lead to a lot of false positives. Suggestions:
11985 * Flag all floating-point to integer conversions (maybe only `float`->`char` and `double`->`int`. Here be dragons! we need data).
11986 * Flag all `long`->`char` (I suspect `int`->`char` is very common. Here be dragons! we need data).
11987 * Consider narrowing conversions for function arguments especially suspect.
11989 ### <a name="Res-nullptr"></a>ES.47: Use `nullptr` rather than `0` or `NULL`
11991 ##### Reason
11993 Readability. Minimize surprises: `nullptr` cannot be confused with an
11994 `int`. `nullptr` also has a well-specified (very restrictive) type, and thus
11995 works in more scenarios where type deduction might do the wrong thing on `NULL`
11996 or `0`.
11998 ##### Example
12000 Consider:
12002     void f(int);
12003     void f(char*);
12004     f(0);         // call f(int)
12005     f(nullptr);   // call f(char*)
12007 ##### Enforcement
12009 Flag uses of `0` and `NULL` for pointers. The transformation might be helped by simple program transformation.
12011 ### <a name="Res-casts"></a>ES.48: Avoid casts
12013 ##### Reason
12015 Casts are a well-known source of errors and make some optimizations unreliable.
12017 ##### Example, bad
12019     double d = 2;
12020     auto p = (long*)&d;
12021     auto q = (long long*)&d;
12022     cout << d << ' ' << *p << ' ' << *q << '\n';
12024 What would you think this fragment prints? The result is at best implementation defined. I got
12026     2 0 4611686018427387904
12028 Adding
12030     *q = 666;
12031     cout << d << ' ' << *p << ' ' << *q << '\n';
12033 I got
12035     3.29048e-321 666 666
12037 Surprised? I'm just glad I didn't crash the program.
12039 ##### Note
12041 Programmers who write casts typically assume that they know what they are doing,
12042 or that writing a cast makes the program "easier to read".
12043 In fact, they often disable the general rules for using values.
12044 Overload resolution and template instantiation usually pick the right function if there is a right function to pick.
12045 If there is not, maybe there ought to be, rather than applying a local fix (cast).
12047 ##### Notes
12049 Casts are necessary in a systems programming language.  For example, how else
12050 would we get the address of a device register into a pointer?  However, casts
12051 are seriously overused as well as a major source of errors.
12053 If you feel the need for a lot of casts, there might be a fundamental design problem.
12055 The [type profile](#Pro-type-reinterpretcast) bans `reinterpret_cast` and C-style casts.
12057 Never cast to `(void)` to ignore a `[[nodiscard]]`return value.
12058 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).
12059 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.
12061 ##### Alternatives
12063 Casts are widely (mis)used. Modern C++ has rules and constructs that eliminate the need for casts in many contexts, such as
12065 * Use templates
12066 * Use `std::variant`
12067 * Rely on the well-defined, safe, implicit conversions between pointer types
12068 * Use `std::ignore =` to ignore `[[nodiscard]]` values.
12070 ##### Enforcement
12072 * Flag all C-style casts, including to `void`.
12073 * Flag functional style casts using `Type(value)`. Use `Type{value}` instead which is not narrowing. (See [ES.64](#Res-construct).)
12074 * Flag [identity casts](#Pro-type-identitycast) between pointer types, where the source and target types are the same (#Pro-type-identitycast).
12075 * Flag an explicit pointer cast that could be [implicit](#Pro-type-implicitpointercast).
12077 ### <a name="Res-casts-named"></a>ES.49: If you must use a cast, use a named cast
12079 ##### Reason
12081 Readability. Error avoidance.
12082 Named casts are more specific than a C-style or functional cast, allowing the compiler to catch some errors.
12084 The named casts are:
12086 * `static_cast`
12087 * `const_cast`
12088 * `reinterpret_cast`
12089 * `dynamic_cast`
12090 * `std::move`         // `move(x)` is an rvalue reference to `x`
12091 * `std::forward`      // `forward<T>(x)` is an rvalue or an lvalue reference to `x` depending on `T`
12092 * `gsl::narrow_cast`  // `narrow_cast<T>(x)` is `static_cast<T>(x)`
12093 * `gsl::narrow`       // `narrow<T>(x)` is `static_cast<T>(x)` if `static_cast<T>(x) == x` or it throws `narrowing_error`
12095 ##### Example
12097     class B { /* ... */ };
12098     class D { /* ... */ };
12100     template<typename D> D* upcast(B* pb)
12101     {
12102         D* pd0 = pb;                        // error: no implicit conversion from B* to D*
12103         D* pd1 = (D*)pb;                    // legal, but what is done?
12104         D* pd2 = static_cast<D*>(pb);       // error: D is not derived from B
12105         D* pd3 = reinterpret_cast<D*>(pb);  // OK: on your head be it!
12106         D* pd4 = dynamic_cast<D*>(pb);      // OK: return nullptr
12107         // ...
12108     }
12110 The example was synthesized from real-world bugs where `D` used to be derived from `B`, but someone refactored the hierarchy.
12111 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).
12113 ##### Note
12115 When converting between types with no information loss (e.g. from `float` to
12116 `double` or from `int32` to `int64`), brace initialization might be used instead.
12118     double d {some_float};
12119     int64_t i {some_int32};
12121 This makes it clear that the type conversion was intended and also prevents
12122 conversions between types that might result in loss of precision. (It is a
12123 compilation error to try to initialize a `float` from a `double` in this fashion,
12124 for example.)
12126 ##### Note
12128 `reinterpret_cast` can be essential, but the essential uses (e.g., turning a machine address into pointer) are not type safe:
12130     auto p = reinterpret_cast<Device_register>(0x800);  // inherently dangerous
12133 ##### Enforcement
12135 * Flag all C-style casts, including to `void`.
12136 * Flag functional style casts using `Type(value)`. Use `Type{value}` instead which is not narrowing. (See [ES.64](#Res-construct).)
12137 * The [type profile](#Pro-type-reinterpretcast) bans `reinterpret_cast`.
12138 * The [type profile](#Pro-type-arithmeticcast) warns when using `static_cast` between arithmetic types.
12140 ### <a name="Res-casts-const"></a>ES.50: Don't cast away `const`
12142 ##### Reason
12144 It makes a lie out of `const`.
12145 If the variable is actually declared `const`, modifying it results in undefined behavior.
12147 ##### Example, bad
12149     void f(const int& x)
12150     {
12151         const_cast<int&>(x) = 42;   // BAD
12152     }
12154     static int i = 0;
12155     static const int j = 0;
12157     f(i); // silent side effect
12158     f(j); // undefined behavior
12160 ##### Example
12162 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:
12164     class Bar;
12166     class Foo {
12167     public:
12168         // BAD, duplicates logic
12169         Bar& get_bar()
12170         {
12171             /* complex logic around getting a non-const reference to my_bar */
12172         }
12174         const Bar& get_bar() const
12175         {
12176             /* same complex logic around getting a const reference to my_bar */
12177         }
12178     private:
12179         Bar my_bar;
12180     };
12182 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`:
12184     class Foo {
12185     public:
12186         // not great, non-const calls const version but resorts to const_cast
12187         Bar& get_bar()
12188         {
12189             return const_cast<Bar&>(static_cast<const Foo&>(*this).get_bar());
12190         }
12191         const Bar& get_bar() const
12192         {
12193             /* the complex logic around getting a const reference to my_bar */
12194         }
12195     private:
12196         Bar my_bar;
12197     };
12199 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.
12201 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:
12203     class Foo {
12204     public:                         // good
12205               Bar& get_bar()       { return get_bar_impl(*this); }
12206         const Bar& get_bar() const { return get_bar_impl(*this); }
12207     private:
12208         Bar my_bar;
12210         template<class T>           // good, deduces whether T is const or non-const
12211         static auto& get_bar_impl(T& t)
12212             { /* the complex logic around getting a possibly-const reference to my_bar */ }
12213     };
12215 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.
12217 ##### Exception
12219 You might need to cast away `const` when calling `const`-incorrect functions.
12220 Prefer to wrap such functions in inline `const`-correct wrappers to encapsulate the cast in one place.
12222 ##### Example
12224 Sometimes, "cast away `const`" is to allow the updating of some transient information of an otherwise immutable object.
12225 Examples are caching, memoization, and precomputation.
12226 Such examples are often handled as well or better using `mutable` or an indirection than with a `const_cast`.
12228 Consider keeping previously computed results around for a costly operation:
12230     int compute(int x); // compute a value for x; assume this to be costly
12232     class Cache {   // some type implementing a cache for an int->int operation
12233     public:
12234         pair<bool, int> find(int x) const;   // is there a value for x?
12235         void set(int x, int v);             // make y the value for x
12236         // ...
12237     private:
12238         // ...
12239     };
12241     class X {
12242     public:
12243         int get_val(int x)
12244         {
12245             auto p = cache.find(x);
12246             if (p.first) return p.second;
12247             int val = compute(x);
12248             cache.set(x, val); // insert value for x
12249             return val;
12250         }
12251         // ...
12252     private:
12253         Cache cache;
12254     };
12256 Here, `get_val()` is logically constant, so we would like to make it a `const` member.
12257 To do this we still need to mutate `cache`, so people sometimes resort to a `const_cast`:
12259     class X {   // Suspicious solution based on casting
12260     public:
12261         int get_val(int x) const
12262         {
12263             auto p = cache.find(x);
12264             if (p.first) return p.second;
12265             int val = compute(x);
12266             const_cast<Cache&>(cache).set(x, val);   // ugly
12267             return val;
12268         }
12269         // ...
12270     private:
12271         Cache cache;
12272     };
12274 Fortunately, there is a better solution:
12275 State that `cache` is mutable even for a `const` object:
12277     class X {   // better solution
12278     public:
12279         int get_val(int x) const
12280         {
12281             auto p = cache.find(x);
12282             if (p.first) return p.second;
12283             int val = compute(x);
12284             cache.set(x, val);
12285             return val;
12286         }
12287         // ...
12288     private:
12289         mutable Cache cache;
12290     };
12292 An alternative solution would be to store a pointer to the `cache`:
12294     class X {   // OK, but slightly messier solution
12295     public:
12296         int get_val(int x) const
12297         {
12298             auto p = cache->find(x);
12299             if (p.first) return p.second;
12300             int val = compute(x);
12301             cache->set(x, val);
12302             return val;
12303         }
12304         // ...
12305     private:
12306         unique_ptr<Cache> cache;
12307     };
12309 That solution is the most flexible, but requires explicit construction and destruction of `*cache`
12310 (most likely in the constructor and destructor of `X`).
12312 In any variant, we must guard against data races on the `cache` in multi-threaded code, possibly using a `std::mutex`.
12314 ##### Enforcement
12316 * Flag `const_cast`s.
12317 * This rule is part of the [type-safety profile](#Pro-type-constcast) for the related Profile.
12319 ### <a name="Res-range-checking"></a>ES.55: Avoid the need for range checking
12321 ##### Reason
12323 Constructs that cannot overflow do not overflow (and usually run faster):
12325 ##### Example
12327     for (auto& x : v)      // print all elements of v
12328         cout << x << '\n';
12330     auto p = find(v, x);   // find x in v
12332 ##### Enforcement
12334 Look for explicit range checks and heuristically suggest alternatives.
12336 ### <a name="Res-move"></a>ES.56: Write `std::move()` only when you need to explicitly move an object to another scope
12338 ##### Reason
12340 We move, rather than copy, to avoid duplication and for improved performance.
12342 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).
12344 ##### Notes
12346 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.
12348 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`.
12350 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.
12352 ##### Example, bad
12354     void sink(X&& x);   // sink takes ownership of x
12356     void user()
12357     {
12358         X x;
12359         // error: cannot bind an lvalue to a rvalue reference
12360         sink(x);
12361         // OK: sink takes the contents of x, x must now be assumed to be empty
12362         sink(std::move(x));
12364         // ...
12366         // probably a mistake
12367         use(x);
12368     }
12370 Usually, a `std::move()` is used as an argument to a `&&` parameter.
12371 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.
12373     void f()
12374     {
12375         string s1 = "supercalifragilisticexpialidocious";
12377         string s2 = s1;             // ok, takes a copy
12378         assert(s1 == "supercalifragilisticexpialidocious");  // ok
12380         // bad, if you want to keep using s1's value
12381         string s3 = move(s1);
12383         // bad, assert will likely fail, s1 likely changed
12384         assert(s1 == "supercalifragilisticexpialidocious");
12385     }
12387 ##### Example
12389     void sink(unique_ptr<widget> p);  // pass ownership of p to sink()
12391     void f()
12392     {
12393         auto w = make_unique<widget>();
12394         // ...
12395         sink(std::move(w));               // ok, give to sink()
12396         // ...
12397         sink(w);    // Error: unique_ptr is carefully designed so that you cannot copy it
12398     }
12400 ##### Notes
12402 `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.
12403 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.
12405 Never write `std::move()` just because you've heard "it's more efficient."
12406 In general, don't believe claims of "efficiency" without data (???).
12407 In general, don't complicate your code without reason (??).
12408 Never write `std::move()` on a const object, it is silently transformed into a copy (see Item 23 in [Meyers15](#Meyers15))
12410 ##### Example, bad
12412     vector<int> make_vector()
12413     {
12414         vector<int> result;
12415         // ... load result with data
12416         return std::move(result);       // bad; just write "return result;"
12417     }
12419 Never write `return move(local_variable);`, because the language already knows the variable is a move candidate.
12420 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.
12423 ##### Example, bad
12425     vector<int> v = std::move(make_vector());   // bad; the std::move is entirely redundant
12427 Never write `move` on a returned value such as `x = move(f());` where `f` returns by value.
12428 The language already knows that a returned value is a temporary object that can be moved from.
12430 ##### Example
12432     void mover(X&& x)
12433     {
12434         call_something(std::move(x));         // ok
12435         call_something(std::forward<X>(x));   // bad, don't std::forward an rvalue reference
12436         call_something(x);                    // suspicious, why not std::move?
12437     }
12439     template<class T>
12440     void forwarder(T&& t)
12441     {
12442         call_something(std::move(t));         // bad, don't std::move a forwarding reference
12443         call_something(std::forward<T>(t));   // ok
12444         call_something(t);                    // suspicious, why not std::forward?
12445     }
12447 ##### Enforcement
12449 * 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.
12450 * Flag functions taking an `S&&` parameter if there is no `const S&` overload to take care of lvalues.
12451 * Flag a `std::move`d 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.
12452 * Flag when `std::move` is applied to a forwarding reference (`T&&` where `T` is a template parameter type). Use `std::forward` instead.
12453 * 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.)
12454 * Flag when `std::forward` is applied to an rvalue reference (`X&&` where `X` is a non-template parameter type). Use `std::move` instead.
12455 * 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.)
12456 * 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.
12458 ### <a name="Res-new"></a>ES.60: Avoid `new` and `delete` outside resource management functions
12460 ##### Reason
12462 Direct resource management in application code is error-prone and tedious.
12464 ##### Note
12466 This is also known as the rule of "No naked `new`!"
12468 ##### Example, bad
12470     void f(int n)
12471     {
12472         auto p = new X[n];   // n default constructed Xs
12473         // ...
12474         delete[] p;
12475     }
12477 There can be code in the `...` part that causes the `delete` never to happen.
12479 **See also**: [R: Resource management](#S-resource)
12481 ##### Enforcement
12483 Flag naked `new`s and naked `delete`s.
12485 ### <a name="Res-del"></a>ES.61: Delete arrays using `delete[]` and non-arrays using `delete`
12487 ##### Reason
12489 That's what the language requires, and mismatches can lead to resource release errors and/or memory corruption.
12491 ##### Example, bad
12493     void f(int n)
12494     {
12495         auto p = new X[n];   // n default constructed Xs
12496         // ...
12497         delete p;   // error: just delete the object p, rather than delete the array p[]
12498     }
12500 ##### Note
12502 This example not only violates the [no naked `new` rule](#Res-new) as in the previous example, it has many more problems.
12504 ##### Enforcement
12506 * Flag mismatched `new` and `delete` if they are in the same scope.
12507 * Flag mismatched `new` and `delete` if they are in a constructor/destructor pair.
12509 ### <a name="Res-arr2"></a>ES.62: Don't compare pointers into different arrays
12511 ##### Reason
12513 The result of doing so is undefined.
12515 ##### Example, bad
12517     void f()
12518     {
12519         int a1[7];
12520         int a2[9];
12521         if (&a1[5] < &a2[7]) {}       // bad: undefined
12522         if (0 < &a1[5] - &a2[7]) {}   // bad: undefined
12523     }
12525 ##### Note
12527 This example has many more problems.
12529 ##### Enforcement
12533 ### <a name="Res-slice"></a>ES.63: Don't slice
12535 ##### Reason
12537 Slicing -- that is, copying only part of an object using assignment or initialization -- most often leads to errors because
12538 the object was meant to be considered as a whole.
12539 In the rare cases where the slicing was deliberate the code can be surprising.
12541 ##### Example
12543     class Shape { /* ... */ };
12544     class Circle : public Shape { /* ... */ Point c; int r; };
12546     Circle c { {0, 0}, 42 };
12547     Shape s {c};    // copy construct only the Shape part of Circle
12548     s = c;          // or copy assign only the Shape part of Circle
12550     void assign(const Shape& src, Shape& dest)
12551     {
12552         dest = src;
12553     }
12554     Circle c2 { {1, 1}, 43 };
12555     assign(c, c2);   // oops, not the whole state is transferred
12556     assert(c == c2); // if we supply copying, we should also provide comparison,
12557                      // but this will likely return false
12559 The result will be meaningless because the center and radius will not be copied from `c` into `s`.
12560 The first defense against this is to [define the base class `Shape` not to allow this](#Rc-copy-virtual).
12562 ##### Alternative
12564 If you mean to slice, define an explicit operation to do so.
12565 This saves readers from confusion.
12566 For example:
12568     class Smiley : public Circle {
12569         public:
12570         Circle copy_circle();
12571         // ...
12572     };
12574     Smiley sm { /* ... */ };
12575     Circle c1 {sm};  // ideally prevented by the definition of Circle
12576     Circle c2 {sm.copy_circle()};
12578 ##### Enforcement
12580 Warn against slicing.
12582 ### <a name="Res-construct"></a>ES.64: Use the `T{e}`notation for construction
12584 ##### Reason
12586 The `T{e}` construction syntax makes it explicit that construction is desired.
12587 The `T{e}` construction syntax doesn't allow narrowing.
12588 `T{e}` is the only safe and general expression for constructing a value of type `T` from an expression `e`.
12589 The casts notations `T(e)` and `(T)e` are neither safe nor general.
12591 ##### Example
12593 For built-in types, the construction notation protects against narrowing and reinterpretation
12595     void use(char ch, int i, double d, char* p, long long lng)
12596     {
12597         int x1 = int{ch};     // OK, but redundant
12598         int x2 = int{d};      // error: double->int narrowing; use a cast if you need to
12599         int x3 = int{p};      // error: pointer to->int; use a reinterpret_cast if you really need to
12600         int x4 = int{lng};    // error: long long->int narrowing; use a cast if you need to
12602         int y1 = int(ch);     // OK, but redundant
12603         int y2 = int(d);      // bad: double->int narrowing; use a cast if you need to
12604         int y3 = int(p);      // bad: pointer to->int; use a reinterpret_cast if you really need to
12605         int y4 = int(lng);    // bad: long long->int narrowing; use a cast if you need to
12607         int z1 = (int)ch;     // OK, but redundant
12608         int z2 = (int)d;      // bad: double->int narrowing; use a cast if you need to
12609         int z3 = (int)p;      // bad: pointer to->int; use a reinterpret_cast if you really need to
12610         int z4 = (int)lng;    // bad: long long->int narrowing; use a cast if you need to
12611     }
12613 The integer to/from pointer conversions are implementation defined when using the `T(e)` or `(T)e` notations, and non-portable
12614 between platforms with different integer and pointer sizes.
12616 ##### Note
12618 [Avoid casts](#Res-casts) (explicit type conversion) and if you must [prefer named casts](#Res-casts-named).
12620 ##### Note
12622 When unambiguous, the `T` can be left out of `T{e}`.
12624     complex<double> f(complex<double>);
12626     auto z = f({2*pi, 1});
12628 ##### Note
12630 The construction notation is the most general [initializer notation](#Res-list).
12632 ##### Exception
12634 `std::vector` and other containers were defined before we had `{}` as a notation for construction.
12635 Consider:
12637     vector<string> vs {10};                           // ten empty strings
12638     vector<int> vi1 {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};  // ten elements 1..10
12639     vector<int> vi2 {10};                             // one element with the value 10
12641 How do we get a `vector` of 10 default initialized `int`s?
12643     vector<int> v3(10); // ten elements with value 0
12645 The use of `()` rather than `{}` for number of elements is conventional (going back to the early 1980s), hard to change, but still
12646 a design error: for a container where the element type can be confused with the number of elements, we have an ambiguity that
12647 must be resolved.
12648 The conventional resolution is to interpret `{10}` as a list of one element and use `(10)` to distinguish a size.
12650 This mistake need not be repeated in new code.
12651 We can define a type to represent the number of elements:
12653     struct Count { int n; };
12655     template<typename T>
12656     class Vector {
12657     public:
12658         Vector(Count n);                     // n default-initialized elements
12659         Vector(initializer_list<T> init);    // init.size() elements
12660         // ...
12661     };
12663     Vector<int> v1{10};
12664     Vector<int> v2{Count{10}};
12665     Vector<Count> v3{Count{10}};    // yes, there is still a very minor problem
12667 The main problem left is to find a suitable name for `Count`.
12669 ##### Enforcement
12671 Flag the C-style `(T)e` and functional-style `T(e)` casts.
12674 ### <a name="Res-deref"></a>ES.65: Don't dereference an invalid pointer
12676 ##### Reason
12678 Dereferencing an invalid pointer, such as `nullptr`, is undefined behavior, typically leading to immediate crashes,
12679 wrong results, or memory corruption.
12681 ##### Note
12683 By pointer here we mean any indirection to an object, including equivalently an iterator or view.
12685 ##### Note
12687 This rule is an obvious and well-known language rule, but can be hard to follow.
12688 It takes good coding style, library support, and static analysis to eliminate violations without major overhead.
12689 This is a major part of the discussion of [C++'s model for type- and resource-safety](#Stroustrup15).
12691 **See also**:
12693 * Use [RAII](#Rr-raii) to avoid lifetime problems.
12694 * Use [unique_ptr](#Rf-unique_ptr) to avoid lifetime problems.
12695 * Use [shared_ptr](#Rf-shared_ptr) to avoid lifetime problems.
12696 * Use [references](#Rf-ptr-ref) when `nullptr` isn't a possibility.
12697 * Use [not_null](#Rf-nullptr) to catch unexpected `nullptr` early.
12698 * Use the [bounds profile](#SS-bounds) to avoid range errors.
12701 ##### Example
12703     void f()
12704     {
12705         int x = 0;
12706         int* p = &x;
12708         if (condition()) {
12709             int y = 0;
12710             p = &y;
12711         } // invalidates p
12713         *p = 42;            // BAD, p might be invalid if the branch was taken
12714     }
12716 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).
12718     void f1()
12719     {
12720         int x = 0;
12721         int* p = &x;
12723         int y = 0;
12724         if (condition()) {
12725             p = &y;
12726         }
12728         *p = 42;            // OK, p points to x or y and both are still in scope
12729     }
12731 Unfortunately, most invalid pointer problems are harder to spot and harder to fix.
12733 ##### Example
12735     void f(int* p)
12736     {
12737         int x = *p; // BAD: how do we know that p is valid?
12738     }
12740 There is a huge amount of such code.
12741 Most works -- after lots of testing -- but in isolation it is impossible to tell whether `p` could be the `nullptr`.
12742 Consequently, this is also a major source of errors.
12743 There are many approaches to dealing with this potential problem:
12745     void f1(int* p) // deal with nullptr
12746     {
12747         if (!p) {
12748             // deal with nullptr (allocate, return, throw, make p point to something, whatever
12749         }
12750         int x = *p;
12751     }
12753 There are two potential problems with testing for `nullptr`:
12755 * it is not always obvious what to do if we find `nullptr`
12756 * the test can be redundant and/or relatively expensive
12757 * it is not obvious if the test is to protect against a violation or part of the required logic.
12759 <!-- comment needed for code block after list -->
12760     void f2(int* p) // state that p is not supposed to be nullptr
12761     {
12762         assert(p);
12763         int x = *p;
12764     }
12766 This would carry a cost only when the assertion checking was enabled and would give a compiler/analyzer useful information.
12767 This would work even better if/when C++ gets direct support for contracts:
12769     void f3(int* p) // state that p is not supposed to be nullptr
12770         [[expects: p]]
12771     {
12772         int x = *p;
12773     }
12775 Alternatively, we could use `gsl::not_null` to ensure that `p` is not the `nullptr`.
12777     void f(not_null<int*> p)
12778     {
12779         int x = *p;
12780     }
12782 These remedies take care of `nullptr` only.
12783 Remember that there are other ways of getting an invalid pointer.
12785 ##### Example
12787     void f(int* p)  // old code, doesn't use owner
12788     {
12789         delete p;
12790     }
12792     void g()        // old code: uses naked new
12793     {
12794         auto q = new int{7};
12795         f(q);
12796         int x = *q; // BAD: dereferences invalid pointer
12797     }
12799 ##### Example
12801     void f()
12802     {
12803         vector<int> v(10);
12804         int* p = &v[5];
12805         v.push_back(99); // could reallocate v's elements
12806         int x = *p; // BAD: dereferences potentially invalid pointer
12807     }
12809 ##### Enforcement
12811 This rule is part of the [lifetime safety profile](#SS-lifetime)
12813 * Flag a dereference of a pointer that points to an object that has gone out of scope
12814 * Flag a dereference of a pointer that might have been invalidated by assigning a `nullptr`
12815 * Flag a dereference of a pointer that might have been invalidated by a `delete`
12816 * Flag a dereference to a pointer to a container element that might have been invalidated by dereference
12819 ## ES.stmt: Statements
12821 Statements control the flow of control (except for function calls and exception throws, which are expressions).
12823 ### <a name="Res-switch-if"></a>ES.70: Prefer a `switch`-statement to an `if`-statement when there is a choice
12825 ##### Reason
12827 * Readability.
12828 * Efficiency: A `switch` compares against constants and is usually better optimized than a series of tests in an `if`-`then`-`else` chain.
12829 * A `switch` enables some heuristic consistency checking. For example, have all values of an `enum` been covered? If not, is there a `default`?
12831 ##### Example
12833     void use(int n)
12834     {
12835         switch (n) {   // good
12836         case 0:
12837             // ...
12838             break;
12839         case 7:
12840             // ...
12841             break;
12842         default:
12843             // ...
12844             break;
12845         }
12846     }
12848 rather than:
12850     void use2(int n)
12851     {
12852         if (n == 0)   // bad: if-then-else chain comparing against a set of constants
12853             // ...
12854         else if (n == 7)
12855             // ...
12856     }
12858 ##### Enforcement
12860 Flag `if`-`then`-`else` chains that check against constants (only).
12862 ### <a name="Res-for-range"></a>ES.71: Prefer a range-`for`-statement to a `for`-statement when there is a choice
12864 ##### Reason
12866 Readability. Error prevention. Efficiency.
12868 ##### Example
12870     for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i)   // bad
12871         cout << v[i] << '\n';
12873     for (auto p = v.begin(); p != v.end(); ++p)   // bad
12874         cout << *p << '\n';
12876     for (auto& x : v)    // OK
12877         cout << x << '\n';
12879     for (gsl::index i = 1; i < v.size(); ++i) // touches two elements: can't be a range-for
12880         cout << v[i] + v[i - 1] << '\n';
12882     for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i) // possible side effect: can't be a range-for
12883         cout << f(v, &v[i]) << '\n';
12885     for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i) { // body messes with loop variable: can't be a range-for
12886         if (i % 2 != 0)
12887             cout << v[i] << '\n'; // output odd elements
12888     }
12890 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.
12892 "Messing with the loop variable" in the body of a loop is typically best avoided.
12894 ##### Note
12896 Don't use expensive copies of the loop variable of a range-`for` loop:
12898     for (string s : vs) // ...
12900 This will copy each element of `vs` into `s`. Better:
12902     for (string& s : vs) // ...
12904 Better still, if the loop variable isn't modified or copied:
12906     for (const string& s : vs) // ...
12908 ##### Enforcement
12910 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.
12912 ### <a name="Res-for-while"></a>ES.72: Prefer a `for`-statement to a `while`-statement when there is an obvious loop variable
12914 ##### Reason
12916 Readability: the complete logic of the loop is visible "up front". The scope of the loop variable can be limited.
12918 ##### Example
12920     for (gsl::index i = 0; i < vec.size(); i++) {
12921         // do work
12922     }
12924 ##### Example, bad
12926     int i = 0;
12927     while (i < vec.size()) {
12928         // do work
12929         i++;
12930     }
12932 ##### Enforcement
12936 ### <a name="Res-while-for"></a>ES.73: Prefer a `while`-statement to a `for`-statement when there is no obvious loop variable
12938 ##### Reason
12940 Readability.
12942 ##### Example
12944     int events = 0;
12945     for (; wait_for_event(); ++events) {  // bad, confusing
12946         // ...
12947     }
12949 The "event loop" is misleading because the `events` counter has nothing to do with the loop condition (`wait_for_event()`).
12950 Better
12952     int events = 0;
12953     while (wait_for_event()) {      // better
12954         ++events;
12955         // ...
12956     }
12958 ##### Enforcement
12960 Flag actions in `for`-initializers and `for`-increments that do not relate to the `for`-condition.
12962 ### <a name="Res-for-init"></a>ES.74: Prefer to declare a loop variable in the initializer part of a `for`-statement
12964 See [ES.6](#Res-cond)
12966 ### <a name="Res-do"></a>ES.75: Avoid `do`-statements
12968 ##### Reason
12970 Readability, avoidance of errors.
12971 The termination condition is at the end (where it can be overlooked) and the condition is not checked the first time through.
12973 ##### Example
12975     int x;
12976     do {
12977         cin >> x;
12978         // ...
12979     } while (x < 0);
12981 ##### Note
12983 Yes, there are genuine examples where a `do`-statement is a clear statement of a solution, but also many bugs.
12985 ##### Enforcement
12987 Flag `do`-statements.
12989 ### <a name="Res-goto"></a>ES.76: Avoid `goto`
12991 ##### Reason
12993 Readability, avoidance of errors. There are better control structures for humans; `goto` is for machine generated code.
12995 ##### Exception
12997 Breaking out of a nested loop.
12998 In that case, always jump forwards.
13000     for (int i = 0; i < imax; ++i)
13001         for (int j = 0; j < jmax; ++j) {
13002             if (a[i][j] > elem_max) goto finished;
13003             // ...
13004         }
13005     finished:
13006     // ...
13008 ##### Example, bad
13010 There is a fair amount of use of the C goto-exit idiom:
13012     void f()
13013     {
13014         // ...
13015             goto exit;
13016         // ...
13017             goto exit;
13018         // ...
13019     exit:
13020         // ... common cleanup code ...
13021     }
13023 This is an ad-hoc simulation of destructors.
13024 Declare your resources with handles with destructors that clean up.
13025 If for some reason you cannot handle all cleanup with destructors for the variables used,
13026 consider `gsl::finally()` as a cleaner and more reliable alternative to `goto exit`
13028 ##### Enforcement
13030 * 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.
13032 ### <a name="Res-continue"></a>ES.77: Minimize the use of `break` and `continue` in loops
13034 ##### Reason
13036  In a non-trivial loop body, it is easy to overlook a `break` or a `continue`.
13038  A `break` in a loop has a dramatically different meaning than a `break` in a `switch`-statement
13039  (and you can have `switch`-statement in a loop and a loop in a `switch`-case).
13041 ##### Example
13043     switch(x) {
13044     case 1 :
13045         while (/* some condition */) {
13046             // ...
13047         break;
13048         } // Oops! break switch or break while intended?
13049     case 2 :
13050         // ...
13051         break;
13052     }
13054 ##### Alternative
13056 Often, a loop that requires a `break` is a good candidate for a function (algorithm), in which case the `break` becomes a `return`.
13058     //Original code: break inside loop
13059     void use1()
13060     {
13061         std::vector<T> vec = {/* initialized with some values */};
13062         T value;
13063         for (const T item : vec) {
13064             if (/* some condition*/) {
13065                 value = item;
13066                 break;
13067             }
13068         }
13069         /* then do something with value */
13070     }
13072     //BETTER: create a function and return inside loop
13073     T search(const std::vector<T> &vec)
13074     {
13075         for (const T &item : vec) {
13076             if (/* some condition*/) return item;
13077         }
13078         return T(); //default value
13079     }
13081     void use2()
13082     {
13083         std::vector<T> vec = {/* initialized with some values */};
13084         T value = search(vec);
13085         /* then do something with value */
13086     }
13088 Often, a loop that uses `continue` can equivalently and as clearly be expressed by an `if`-statement.
13090     for (int item : vec) {  // BAD
13091         if (item%2 == 0) continue;
13092         if (item == 5) continue;
13093         if (item > 10) continue;
13094         /* do something with item */
13095     }
13097     for (int item : vec) {  // GOOD
13098         if (item%2 != 0 && item != 5 && item <= 10) {
13099             /* do something with item */
13100         }
13101     }
13103 ##### Note
13105 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):
13108 ##### Enforcement
13112 ### <a name="Res-break"></a>ES.78: Don't rely on implicit fallthrough in `switch` statements
13114 ##### Reason
13116 Always end a non-empty `case` with a `break`. Accidentally leaving out a `break` is a fairly common bug.
13117 A deliberate fallthrough can be a maintenance hazard and should be rare and explicit.
13119 ##### Example
13121     switch (eventType) {
13122     case Information:
13123         update_status_bar();
13124         break;
13125     case Warning:
13126         write_event_log();
13127         // Bad - implicit fallthrough
13128     case Error:
13129         display_error_window();
13130         break;
13131     }
13133 Multiple case labels of a single statement is OK:
13135     switch (x) {
13136     case 'a':
13137     case 'b':
13138     case 'f':
13139         do_something(x);
13140         break;
13141     }
13143 Return statements in a case label are also OK:
13145     switch (x) {
13146     case 'a':
13147         return 1;
13148     case 'b':
13149         return 2;
13150     case 'c':
13151         return 3;
13152     }
13154 ##### Exceptions
13156 In rare cases if fallthrough is deemed appropriate, be explicit and use the `[[fallthrough]]` annotation:
13158     switch (eventType) {
13159     case Information:
13160         update_status_bar();
13161         break;
13162     case Warning:
13163         write_event_log();
13164         [[fallthrough]];
13165     case Error:
13166         display_error_window();
13167         break;
13168     }
13170 ##### Note
13172 ##### Enforcement
13174 Flag all implicit fallthroughs from non-empty `case`s.
13177 ### <a name="Res-default"></a>ES.79: Use `default` to handle common cases (only)
13179 ##### Reason
13181  Code clarity.
13182  Improved opportunities for error detection.
13184 ##### Example
13186     enum E { a, b, c, d };
13188     void f1(E x)
13189     {
13190         switch (x) {
13191         case a:
13192             do_something();
13193             break;
13194         case b:
13195             do_something_else();
13196             break;
13197         default:
13198             take_the_default_action();
13199             break;
13200         }
13201     }
13203 Here it is clear that there is a default action and that cases `a` and `b` are special.
13205 ##### Example
13207 But what if there is no default action and you mean to handle only specific cases?
13208 In that case, have an empty default or else it is impossible to know if you meant to handle all cases:
13210     void f2(E x)
13211     {
13212         switch (x) {
13213         case a:
13214             do_something();
13215             break;
13216         case b:
13217             do_something_else();
13218             break;
13219         default:
13220             // do nothing for the rest of the cases
13221             break;
13222         }
13223     }
13225 If you leave out the `default`, a maintainer and/or a compiler might reasonably assume that you intended to handle all cases:
13227     void f2(E x)
13228     {
13229         switch (x) {
13230         case a:
13231             do_something();
13232             break;
13233         case b:
13234         case c:
13235             do_something_else();
13236             break;
13237         }
13238     }
13240 Did you forget case `d` or deliberately leave it out?
13241 Forgetting a case typically happens when a case is added to an enumeration and the person doing so fails to add it to every
13242 switch over the enumerators.
13244 ##### Enforcement
13246 Flag `switch`-statements over an enumeration that don't handle all enumerators and do not have a `default`.
13247 This might yield too many false positives in some code bases; if so, flag only `switch`es that handle most but not all cases
13248 (that was the strategy of the very first C++ compiler).
13250 ### <a name="Res-noname"></a>ES.84: Don't try to declare a local variable with no name
13252 ##### Reason
13254 There is no such thing.
13255 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.
13257 ##### Example, bad
13259     void f()
13260     {
13261         lock_guard<mutex>{mx};   // Bad
13262         // ...
13263     }
13265 This declares an unnamed `lock_guard` object that immediately goes out of scope at the point of the semicolon.
13266 This is not an uncommon mistake.
13267 In particular, this particular example can lead to hard-to find race conditions.
13269 ##### Note
13271 Unnamed function arguments are fine.
13273 ##### Enforcement
13275 Flag statements that are just a temporary.
13277 ### <a name="Res-empty"></a>ES.85: Make empty statements visible
13279 ##### Reason
13281 Readability.
13283 ##### Example
13285     for (i = 0; i < max; ++i);   // BAD: the empty statement is easily overlooked
13286     v[i] = f(v[i]);
13288     for (auto x : v) {           // better
13289         // nothing
13290     }
13291     v[i] = f(v[i]);
13293 ##### Enforcement
13295 Flag empty statements that are not blocks and don't contain comments.
13297 ### <a name="Res-loop-counter"></a>ES.86: Avoid modifying loop control variables inside the body of raw for-loops
13299 ##### Reason
13301 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.
13303 ##### Example
13305     for (int i = 0; i < 10; ++i) {
13306         // no updates to i -- ok
13307     }
13309     for (int i = 0; i < 10; ++i) {
13310         //
13311         if (/* something */) ++i; // BAD
13312         //
13313     }
13315     bool skip = false;
13316     for (int i = 0; i < 10; ++i) {
13317         if (skip) { skip = false; continue; }
13318         //
13319         if (/* something */) skip = true;  // Better: using two variables for two concepts.
13320         //
13321     }
13323 ##### Enforcement
13325 Flag variables that are potentially updated (have a non-`const` use) in both the loop control iteration-expression and the loop body.
13328 ### <a name="Res-if"></a>ES.87: Don't add redundant `==` or `!=` to conditions
13330 ##### Reason
13332 Doing so avoids verbosity and eliminates some opportunities for mistakes.
13333 Helps make style consistent and conventional.
13335 ##### Example
13337 By definition, a condition in an `if`-statement, `while`-statement, or a `for`-statement selects between `true` and `false`.
13338 A numeric value is compared to `0` and a pointer value to `nullptr`.
13340     // These all mean "if p is not nullptr"
13341     if (p) { ... }            // good
13342     if (p != 0) { ... }       // redundant !=0, bad: don't use 0 for pointers
13343     if (p != nullptr) { ... } // redundant !=nullptr, not recommended
13345 Often, `if (p)` is read as "if `p` is valid" which is a direct expression of the programmers intent,
13346 whereas `if (p != nullptr)` would be a long-winded workaround.
13348 ##### Example
13350 This rule is especially useful when a declaration is used as a condition
13352     if (auto pc = dynamic_cast<Circle*>(ps)) { ... } // execute if ps points to a kind of Circle, good
13354     if (auto pc = dynamic_cast<Circle*>(ps); pc != nullptr) { ... } // not recommended
13356 ##### Example
13358 Note that implicit conversions to bool are applied in conditions.
13359 For example:
13361     for (string s; cin >> s; ) v.push_back(s);
13363 This invokes `istream`'s `operator bool()`.
13365 ##### Note
13367 Explicit comparison of an integer to `0` is in general not redundant.
13368 The reason is that (as opposed to pointers and Booleans) an integer often has more than two reasonable values.
13369 Furthermore `0` (zero) is often used to indicate success.
13370 Consequently, it is best to be specific about the comparison.
13372     void f(int i)
13373     {
13374         if (i)            // suspect
13375         // ...
13376         if (i == success) // possibly better
13377         // ...
13378     }
13380 Always remember that an integer can have more than two values.
13382 ##### Example, bad
13384 It has been noted that
13386     if(strcmp(p1, p2)) { ... }   // are the two C-style strings equal? (mistake!)
13388 is a common beginners error.
13389 If you use C-style strings, you must know the `<cstring>` functions well.
13390 Being verbose and writing
13392     if(strcmp(p1, p2) != 0) { ... }   // are the two C-style strings equal? (mistake!)
13394 would not in itself save you.
13396 ##### Note
13398 The opposite condition is most easily expressed using a negation:
13400     // These all mean "if p is nullptr"
13401     if (!p) { ... }           // good
13402     if (p == 0) { ... }       // redundant == 0, bad: don't use 0 for pointers
13403     if (p == nullptr) { ... } // redundant == nullptr, not recommended
13405 ##### Enforcement
13407 Easy, just check for redundant use of `!=` and `==` in conditions.
13411 ## <a name="SS-numbers"></a>Arithmetic
13413 ### <a name="Res-mix"></a>ES.100: Don't mix signed and unsigned arithmetic
13415 ##### Reason
13417 Avoid wrong results.
13419 ##### Example
13421     int x = -3;
13422     unsigned int y = 7;
13424     cout << x - y << '\n';  // unsigned result, possibly 4294967286
13425     cout << x + y << '\n';  // unsigned result: 4
13426     cout << x * y << '\n';  // unsigned result, possibly 4294967275
13428 It is harder to spot the problem in more realistic examples.
13430 ##### Note
13432 Unfortunately, C++ uses signed integers for array subscripts and the standard library uses unsigned integers for container subscripts.
13433 This precludes consistency. Use `gsl::index` for subscripts; [see ES.107](#Res-subscripts).
13435 ##### Enforcement
13437 * Compilers already know and sometimes warn.
13438 * (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`.
13441 ### <a name="Res-unsigned"></a>ES.101: Use unsigned types for bit manipulation
13443 ##### Reason
13445 Unsigned types support bit manipulation without surprises from sign bits.
13447 ##### Example
13449     unsigned char x = 0b1010'1010;
13450     unsigned char y = ~x;   // y == 0b0101'0101;
13452 ##### Note
13454 Unsigned types can also be useful for modular arithmetic.
13455 However, if you want modular arithmetic add
13456 comments as necessary noting the reliance on wraparound behavior, as such code
13457 can be surprising for many programmers.
13459 ##### Enforcement
13461 * Just about impossible in general because of the use of unsigned subscripts in the standard library
13462 * ???
13464 ### <a name="Res-signed"></a>ES.102: Use signed types for arithmetic
13466 ##### Reason
13468 Because most arithmetic is assumed to be signed;
13469 `x - y` yields a negative number when `y > x` except in the rare cases where you really want modular arithmetic.
13471 ##### Example
13473 Unsigned arithmetic can yield surprising results if you are not expecting it.
13474 This is even more true for mixed signed and unsigned arithmetic.
13476     template<typename T, typename T2>
13477     T subtract(T x, T2 y)
13478     {
13479         return x - y;
13480     }
13482     void test()
13483     {
13484         int s = 5;
13485         unsigned int us = 5;
13486         cout << subtract(s, 7) << '\n';       // -2
13487         cout << subtract(us, 7u) << '\n';     // 4294967294
13488         cout << subtract(s, 7u) << '\n';      // -2
13489         cout << subtract(us, 7) << '\n';      // 4294967294
13490         cout << subtract(s, us + 2) << '\n';  // -2
13491         cout << subtract(us, s + 2) << '\n';  // 4294967294
13492     }
13494 Here we have been very explicit about what's happening,
13495 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`?
13497 ##### Exception
13499 Use unsigned types if you really want modular arithmetic - add
13500 comments as necessary noting the reliance on overflow behavior, as such code
13501 is going to be surprising for many programmers.
13503 ##### Example
13505 The standard library uses unsigned types for subscripts.
13506 The built-in array uses signed types for subscripts.
13507 This makes surprises (and bugs) inevitable.
13509     int a[10];
13510     for (int i = 0; i < 10; ++i) a[i] = i;
13511     vector<int> v(10);
13512     // compares signed to unsigned; some compilers warn, but we should not
13513     for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i) v[i] = i;
13515     int a2[-2];         // error: negative size
13517     // OK, but the number of ints (4294967294) is so large that we should get an exception
13518     vector<int> v2(-2);
13520  Use `gsl::index` for subscripts; [see ES.107](#Res-subscripts).
13522 ##### Enforcement
13524 * Flag mixed signed and unsigned arithmetic
13525 * Flag results of unsigned arithmetic assigned to or printed as signed.
13526 * Flag negative literals (e.g. `-2`) used as container subscripts.
13527 * (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`.
13530 ### <a name="Res-overflow"></a>ES.103: Don't overflow
13532 ##### Reason
13534 Overflow usually makes your numeric algorithm meaningless.
13535 Incrementing a value beyond a maximum value can lead to memory corruption and undefined behavior.
13537 ##### Example, bad
13539     int a[10];
13540     a[10] = 7;   // bad, array bounds overflow
13542     for (int n = 0; n <= 10; ++n)
13543         a[n] = 9;   // bad, array bounds overflow
13545 ##### Example, bad
13547     int n = numeric_limits<int>::max();
13548     int m = n + 1;   // bad, numeric overflow
13550 ##### Example, bad
13552     int area(int h, int w) { return h * w; }
13554     auto a = area(10'000'000, 100'000'000);   // bad, numeric overflow
13556 ##### Exception
13558 Use unsigned types if you really want modular arithmetic.
13560 **Alternative**: For critical applications that can afford some overhead, use a range-checked integer and/or floating-point type.
13562 ##### Enforcement
13566 ### <a name="Res-underflow"></a>ES.104: Don't underflow
13568 ##### Reason
13570 Decrementing a value beyond a minimum value can lead to memory corruption and undefined behavior.
13572 ##### Example, bad
13574     int a[10];
13575     a[-2] = 7;   // bad
13577     int n = 101;
13578     while (n--)
13579         a[n - 1] = 9;   // bad (twice)
13581 ##### Exception
13583 Use unsigned types if you really want modular arithmetic.
13585 ##### Enforcement
13589 ### <a name="Res-zero"></a>ES.105: Don't divide by integer zero
13591 ##### Reason
13593 The result is undefined and probably a crash.
13595 ##### Note
13597 This also applies to `%`.
13599 ##### Example, bad
13601     int divide(int a, int b)
13602     {
13603         // BAD, should be checked (e.g., in a precondition)
13604         return a / b;
13605     }
13607 ##### Example, good
13609     int divide(int a, int b)
13610     {
13611         // good, address via precondition (and replace with contracts once C++ gets them)
13612         Expects(b != 0);
13613         return a / b;
13614     }
13616     double divide(double a, double b)
13617     {
13618         // good, address via using double instead
13619         return a / b;
13620     }
13622 **Alternative**: For critical applications that can afford some overhead, use a range-checked integer and/or floating-point type.
13624 ##### Enforcement
13626 * Flag division by an integral value that could be zero
13629 ### <a name="Res-nonnegative"></a>ES.106: Don't try to avoid negative values by using `unsigned`
13631 ##### Reason
13633 Choosing `unsigned` implies many changes to the usual behavior of integers, including modular arithmetic,
13634 can suppress warnings related to overflow,
13635 and opens the door for errors related to signed/unsigned mixes.
13636 Using `unsigned` doesn't actually eliminate the possibility of negative values.
13638 ##### Example
13640     unsigned int u1 = -2;   // Valid: the value of u1 is 4294967294
13641     int i1 = -2;
13642     unsigned int u2 = i1;   // Valid: the value of u2 is 4294967294
13643     int i2 = u2;            // Valid: the value of i2 is -2
13645 These problems with such (perfectly legal) constructs are hard to spot in real code and are the source of many real-world errors.
13646 Consider:
13648     unsigned area(unsigned height, unsigned width) { return height*width; } // [see also](#Ri-expects)
13649     // ...
13650     int height;
13651     cin >> height;
13652     auto a = area(height, 2);   // if the input is -2 a becomes 4294967292
13654 Remember that `-1` when assigned to an `unsigned int` becomes the largest `unsigned int`.
13655 Also, since unsigned arithmetic is modular arithmetic the multiplication didn't overflow, it wrapped around.
13657 ##### Example
13659     unsigned max = 100000;    // "accidental typo", I mean to say 10'000
13660     unsigned short x = 100;
13661     while (x < max) x += 100; // infinite loop
13663 Had `x` been a signed `short`, we could have warned about the undefined behavior upon overflow.
13665 ##### Alternatives
13667 * use signed integers and check for `x >= 0`
13668 * use a positive integer type
13669 * use an integer subrange type
13670 * `Assert(-1 < x)`
13672 For example
13674     struct Positive {
13675         int val;
13676         Positive(int x) :val{x} { Assert(0 < x); }
13677         operator int() { return val; }
13678     };
13680     int f(Positive arg) { return arg; }
13682     int r1 = f(2);
13683     int r2 = f(-2);  // throws
13685 ##### Note
13689 ##### Enforcement
13691 See ES.100 Enforcements.
13694 ### <a name="Res-subscripts"></a>ES.107: Don't use `unsigned` for subscripts, prefer `gsl::index`
13696 ##### Reason
13698 To avoid signed/unsigned confusion.
13699 To enable better optimization.
13700 To enable better error detection.
13701 To avoid the pitfalls with `auto` and `int`.
13703 ##### Example, bad
13705     vector<int> vec = /*...*/;
13707     for (int i = 0; i < vec.size(); i += 2)                    // might not be big enough
13708         cout << vec[i] << '\n';
13709     for (unsigned i = 0; i < vec.size(); i += 2)               // risk wraparound
13710         cout << vec[i] << '\n';
13711     for (auto i = 0; i < vec.size(); i += 2)                   // might not be big enough
13712         cout << vec[i] << '\n';
13713     for (vector<int>::size_type i = 0; i < vec.size(); i += 2) // verbose
13714         cout << vec[i] << '\n';
13715     for (auto i = vec.size()-1; i >= 0; i -= 2)                // bug
13716         cout << vec[i] << '\n';
13717     for (int i = vec.size()-1; i >= 0; i -= 2)                 // might not be big enough
13718         cout << vec[i] << '\n';
13720 ##### Example, good
13722     vector<int> vec = /*...*/;
13724     for (gsl::index i = 0; i < vec.size(); i += 2)             // ok
13725         cout << vec[i] << '\n';
13726     for (gsl::index i = vec.size()-1; i >= 0; i -= 2)          // ok
13727         cout << vec[i] << '\n';
13729 ##### Note
13731 The built-in array allows signed subscripts.
13732 The standard-library containers use unsigned subscripts.
13733 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).
13734 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`.
13736 ##### Example
13738     template<typename T>
13739     struct My_container {
13740     public:
13741         // ...
13742         T& operator[](gsl::index i);    // not unsigned
13743         // ...
13744     };
13746 ##### Example
13748     ??? demonstrate improved code generation and potential for error detection ???
13750 ##### Alternatives
13752 Alternatives for users
13754 * use algorithms
13755 * use range-for
13756 * use iterators/pointers
13758 ##### Enforcement
13760 * Very tricky as long as the standard-library containers get it wrong.
13761 * (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`.
13766 # <a name="S-performance"></a>Per: Performance
13768 ??? should this section be in the main guide???
13770 This section contains rules for people who need high performance or low-latency.
13771 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.
13772 The rules in this section are more restrictive and intrusive than what is needed for many (most) applications.
13773 Do not naïvely try to follow them in general code: achieving the goals of low latency requires extra work.
13775 Performance rule summary:
13777 * [Per.1: Don't optimize without reason](#Rper-reason)
13778 * [Per.2: Don't optimize prematurely](#Rper-Knuth)
13779 * [Per.3: Don't optimize something that's not performance critical](#Rper-critical)
13780 * [Per.4: Don't assume that complicated code is necessarily faster than simple code](#Rper-simple)
13781 * [Per.5: Don't assume that low-level code is necessarily faster than high-level code](#Rper-low)
13782 * [Per.6: Don't make claims about performance without measurements](#Rper-measure)
13783 * [Per.7: Design to enable optimization](#Rper-efficiency)
13784 * [Per.10: Rely on the static type system](#Rper-type)
13785 * [Per.11: Move computation from run time to compile time](#Rper-Comp)
13786 * [Per.12: Eliminate redundant aliases](#Rper-alias)
13787 * [Per.13: Eliminate redundant indirections](#Rper-indirect)
13788 * [Per.14: Minimize the number of allocations and deallocations](#Rper-alloc)
13789 * [Per.15: Do not allocate on a critical branch](#Rper-alloc0)
13790 * [Per.16: Use compact data structures](#Rper-compact)
13791 * [Per.17: Declare the most used member of a time-critical struct first](#Rper-struct)
13792 * [Per.18: Space is time](#Rper-space)
13793 * [Per.19: Access memory predictably](#Rper-access)
13794 * [Per.30: Avoid context switches on the critical path](#Rper-context)
13796 ### <a name="Rper-reason"></a>Per.1: Don't optimize without reason
13798 ##### Reason
13800 If there is no need for optimization, the main result of the effort will be more errors and higher maintenance costs.
13802 ##### Note
13804 Some people optimize out of habit or because it's fun.
13808 ### <a name="Rper-Knuth"></a>Per.2: Don't optimize prematurely
13810 ##### Reason
13812 Elaborately optimized code is usually larger and harder to change than unoptimized code.
13816 ### <a name="Rper-critical"></a>Per.3: Don't optimize something that's not performance critical
13818 ##### Reason
13820 Optimizing a non-performance-critical part of a program has no effect on system performance.
13822 ##### Note
13824 If your program spends most of its time waiting for the web or for a human, optimization of in-memory computation is probably useless.
13826 Put another way: If your program spends 4% of its processing time doing
13827 computation A and 40% of its time doing computation B, a 50% improvement on A is
13828 only as impactful as a 5% improvement on B. (If you don't even know how much
13829 time is spent on A or B, see <a href="#Rper-reason">Per.1</a> and <a
13830 href="#Rper-Knuth">Per.2</a>.)
13832 ### <a name="Rper-simple"></a>Per.4: Don't assume that complicated code is necessarily faster than simple code
13834 ##### Reason
13836 Simple code can be very fast. Optimizers sometimes do marvels with simple code
13838 ##### Example, good
13840     // clear expression of intent, fast execution
13842     vector<uint8_t> v(100000);
13844     for (auto& c : v)
13845         c = ~c;
13847 ##### Example, bad
13849     // intended to be faster, but is often slower
13851     vector<uint8_t> v(100000);
13853     for (size_t i = 0; i < v.size(); i += sizeof(uint64_t)) {
13854         uint64_t& quad_word = *reinterpret_cast<uint64_t*>(&v[i]);
13855         quad_word = ~quad_word;
13856     }
13858 ##### Note
13864 ### <a name="Rper-low"></a>Per.5: Don't assume that low-level code is necessarily faster than high-level code
13866 ##### Reason
13868 Low-level code sometimes inhibits optimizations. Optimizers sometimes do marvels with high-level code.
13870 ##### Note
13876 ### <a name="Rper-measure"></a>Per.6: Don't make claims about performance without measurements
13878 ##### Reason
13880 The field of performance is littered with myth and bogus folklore.
13881 Modern hardware and optimizers defy naive assumptions; even experts are regularly surprised.
13883 ##### Note
13885 Getting good performance measurements can be hard and require specialized tools.
13887 ##### Note
13889 A few simple microbenchmarks using Unix `time` or the standard-library `<chrono>` can help dispel the most obvious myths.
13890 If you can't measure your complete system accurately, at least try to measure a few of your key operations and algorithms.
13891 A profiler can help tell you which parts of your system are performance critical.
13892 Often, you will be surprised.
13896 ### <a name="Rper-efficiency"></a>Per.7: Design to enable optimization
13898 ##### Reason
13900 Because we often need to optimize the initial design.
13901 Because a design that ignores the possibility of later improvement is hard to change.
13903 ##### Example
13905 From the C (and C++) standard:
13907     void qsort (void* base, size_t num, size_t size, int (*compar)(const void*, const void*));
13909 When did you even want to sort memory?
13910 Really, we sort sequences of elements, typically stored in containers.
13911 A call to `qsort` throws away much useful information (e.g., the element type), forces the user to repeat information
13912 already known (e.g., the element size), and forces the user to write extra code (e.g., a function to compare `double`s).
13913 This implies added work for the programmer, is error-prone, and deprives the compiler of information needed for optimization.
13915     double data[100];
13916     // ... fill a ...
13918     // 100 chunks of memory of sizeof(double) starting at
13919     // address data using the order defined by compare_doubles
13920     qsort(data, 100, sizeof(double), compare_doubles);
13922 From the point of view of interface design, `qsort` throws away useful information.
13924 We can do better (in C++98)
13926     template<typename Iter>
13927         void sort(Iter b, Iter e);  // sort [b:e)
13929     sort(data, data + 100);
13931 Here, we use the compiler's knowledge about the size of the array, the type of elements, and how to compare `double`s.
13933 With C++20, we can do better still
13935     // sortable specifies that c must be a
13936     // random-access sequence of elements comparable with <
13937     void sort(sortable auto& c);
13939     sort(c);
13941 The key is to pass sufficient information for a good implementation to be chosen.
13942 In this, the `sort` interfaces shown here still have a weakness:
13943 They implicitly rely on the element type having less-than (`<`) defined.
13944 To complete the interface, we need a second version that accepts a comparison criterion:
13946     // compare elements of c using r
13947     template<random_access_range R, class C> requires sortable<R, C>
13948     void sort(R&& r, C c);
13950 The standard-library specification of `sort` offers those two versions, and more.
13952 ##### Note
13954 Premature optimization is said to be [the root of all evil](#Rper-Knuth), but that's not a reason to despise performance.
13955 It is never premature to consider what makes a design amenable to improvement, and improved performance is a commonly desired improvement.
13956 Aim to build a set of habits that by default results in efficient, maintainable, and optimizable code.
13957 In particular, when you write a function that is not a one-off implementation detail, consider
13959 * Information passing:
13960 Prefer clean [interfaces](#S-interfaces) carrying sufficient information for later improvement of implementation.
13961 Note that information flows into and out of an implementation through the interfaces we provide.
13962 * Compact data: By default, [use compact data](#Rper-compact), such as `std::vector` and [access it in a systematic fashion](#Rper-access).
13963 If you think you need a linked structure, try to craft the interface so that this structure isn't seen by users.
13964 * Function argument passing and return:
13965 Distinguish between mutable and non-mutable data.
13966 Don't impose a resource management burden on your users.
13967 Don't impose spurious run-time indirections on your users.
13968 Use [conventional ways](#Rf-conventional) of passing information through an interface;
13969 unconventional and/or "optimized" ways of passing data can seriously complicate later reimplementation.
13970 * Abstraction:
13971 Don't overgeneralize; a design that tries to cater for every possible use (and misuse) and defers every design decision for later
13972 (using compile-time or run-time indirections) is usually a complicated, bloated, hard-to-understand mess.
13973 Generalize from concrete examples, preserving performance as we generalize.
13974 Do not generalize based on mere speculation about future needs.
13975 The ideal is zero-overhead generalization.
13976 * Libraries:
13977 Use libraries with good interfaces.
13978 If no library is available build one yourself and imitate the interface style from a good library.
13979 The [standard library](#sl-the-standard-library) is a good first place to look for inspiration.
13980 * Isolation:
13981 Isolate your code from messy and/or old-style code by providing an interface of your choosing to it.
13982 This is sometimes called "providing a wrapper" for the useful/necessary but messy code.
13983 Don't let bad designs "bleed into" your code.
13985 ##### Example
13987 Consider:
13989     template<class ForwardIterator, class T>
13990     bool binary_search(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);
13992 `binary_search(begin(c), end(c), 7)` will tell you whether `7` is in `c` or not.
13993 However, it will not tell you where that `7` is or whether there are more than one `7`.
13995 Sometimes, just passing the minimal amount of information back (here, `true` or `false`) is sufficient, but a good interface passes
13996 needed information back to the caller. Therefore, the standard library also offers
13998     template<class ForwardIterator, class T>
13999     ForwardIterator lower_bound(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);
14001 `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.
14003 However, `lower_bound` still doesn't return enough information for all uses, so the standard library also offers
14005     template<class ForwardIterator, class T>
14006     pair<ForwardIterator, ForwardIterator>
14007     equal_range(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);
14009 `equal_range` returns a `pair` of iterators specifying the first and one beyond last match.
14011     auto r = equal_range(begin(c), end(c), 7);
14012     for (auto p = r.first; p != r.second; ++p)
14013         cout << *p << '\n';
14015 Obviously, these three interfaces are implemented by the same basic code.
14016 They are simply three ways of presenting the basic binary search algorithm to users,
14017 ranging from the simplest ("make simple things simple!")
14018 to returning complete, but not always needed, information ("don't hide useful information").
14019 Naturally, crafting such a set of interfaces requires experience and domain knowledge.
14021 ##### Note
14023 Do not simply craft the interface to match the first implementation and the first use case you think of.
14024 Once your first initial implementation is complete, review it; once you deploy it, mistakes will be hard to remedy.
14026 ##### Note
14028 A need for efficiency does not imply a need for [low-level code](#Rper-low).
14029 High-level code isn't necessarily slow or bloated.
14031 ##### Note
14033 Things have costs.
14034 Don't be paranoid about costs (modern computers really are very fast),
14035 but have a rough idea of the order of magnitude of cost of what you use.
14036 For example, have a rough idea of the cost of
14037 a memory access,
14038 a function call,
14039 a string comparison,
14040 a system call,
14041 a disk access,
14042 and a message through a network.
14044 ##### Note
14046 If you can only think of one implementation, you probably don't have something for which you can devise a stable interface.
14047 Maybe, it is just an implementation detail - not every piece of code needs a stable interface - but pause and consider.
14048 One question that can be useful is
14049 "what interface would be needed if this operation should be implemented using multiple threads? be vectorized?"
14051 ##### Note
14053 This rule does not contradict the [Don't optimize prematurely](#Rper-Knuth) rule.
14054 It complements it, encouraging developers to enable later - appropriate and non-premature - optimization, if and where needed.
14056 ##### Enforcement
14058 Tricky.
14059 Maybe looking for `void*` function arguments will find examples of interfaces that hinder later optimization.
14061 ### <a name="Rper-type"></a>Per.10: Rely on the static type system
14063 ##### Reason
14065 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.
14069 ### <a name="Rper-Comp"></a>Per.11: Move computation from run time to compile time
14071 ##### Reason
14073 To decrease code size and run time.
14074 To avoid data races by using constants.
14075 To catch errors at compile time (and thus eliminate the need for error-handling code).
14077 ##### Example
14079     double square(double d) { return d*d; }
14080     static double s2 = square(2);    // old-style: dynamic initialization
14082     constexpr double ntimes(double d, int n)   // assume 0 <= n
14083     {
14084             double m = 1;
14085             while (n--) m *= d;
14086             return m;
14087     }
14088     constexpr double s3 {ntimes(2, 3)};  // modern-style: compile-time initialization
14090 Code like the initialization of `s2` isn't uncommon, especially for initialization that's a bit more complicated than `square()`.
14091 However, compared to the initialization of `s3` there are two problems:
14093 * we suffer the overhead of a function call at run time
14094 * `s2` just might be accessed by another thread before the initialization happens.
14096 Note: you can't have a data race on a constant.
14098 ##### Example
14100 Consider a popular technique for providing a handle for storing small objects in the handle itself and larger ones on the heap.
14102     constexpr int on_stack_max = 20;
14104     template<typename T>
14105     struct Scoped {     // store a T in Scoped
14106             // ...
14107         T obj;
14108     };
14110     template<typename T>
14111     struct On_heap {    // store a T on the free store
14112             // ...
14113             T* objp;
14114     };
14116     template<typename T>
14117     using Handle = typename std::conditional<(sizeof(T) <= on_stack_max),
14118                         Scoped<T>,      // first alternative
14119                         On_heap<T>      // second alternative
14120                    >::type;
14122     void f()
14123     {
14124         Handle<double> v1;                   // the double goes on the stack
14125         Handle<std::array<double, 200>> v2;  // the array goes on the free store
14126         // ...
14127     }
14129 Assume that `Scoped` and `On_heap` provide compatible user interfaces.
14130 Here we compute the optimal type to use at compile time.
14131 There are similar techniques for selecting the optimal function to call.
14133 ##### Note
14135 The ideal is *not* to try to execute everything at compile time.
14136 Obviously, most computations depend on inputs, so they can't be moved to compile time,
14137 but beyond that logical constraint is the fact that complex compile-time computation can seriously increase compile times
14138 and complicate debugging.
14139 It is even possible to slow down code by compile-time computation.
14140 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.
14142 ##### Enforcement
14144 * Look for simple functions that might be constexpr (but are not).
14145 * Look for functions called with all constant-expression arguments.
14146 * Look for macros that could be constexpr.
14148 ### <a name="Rper-alias"></a>Per.12: Eliminate redundant aliases
14152 ### <a name="Rper-indirect"></a>Per.13: Eliminate redundant indirections
14156 ### <a name="Rper-alloc"></a>Per.14: Minimize the number of allocations and deallocations
14160 ### <a name="Rper-alloc0"></a>Per.15: Do not allocate on a critical branch
14164 ### <a name="Rper-compact"></a>Per.16: Use compact data structures
14166 ##### Reason
14168 Performance is typically dominated by memory access times.
14172 ### <a name="Rper-struct"></a>Per.17: Declare the most used member of a time-critical struct first
14176 ### <a name="Rper-space"></a>Per.18: Space is time
14178 ##### Reason
14180 Performance is typically dominated by memory access times.
14184 ### <a name="Rper-access"></a>Per.19: Access memory predictably
14186 ##### Reason
14188 Performance is very sensitive to cache performance, and cache algorithms favor simple (usually linear) access to adjacent data.
14190 ##### Example
14192     int matrix[rows][cols];
14194     // bad
14195     for (int c = 0; c < cols; ++c)
14196         for (int r = 0; r < rows; ++r)
14197             sum += matrix[r][c];
14199     // good
14200     for (int r = 0; r < rows; ++r)
14201         for (int c = 0; c < cols; ++c)
14202             sum += matrix[r][c];
14204 ### <a name="Rper-context"></a>Per.30: Avoid context switches on the critical path
14208 # <a name="S-concurrency"></a>CP: Concurrency and parallelism
14210 We often want our computers to do many tasks at the same time (or at least appear to do them at the same time).
14211 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)
14212 and so do the basic facilities for expressing concurrency and parallelism.
14213 Here, we articulate principles and rules for using the ISO standard C++ facilities for expressing basic concurrency and parallelism.
14215 Threads are the machine-level foundation for concurrent and parallel programming.
14216 Threads allow running multiple sections of a program independently, while sharing
14217 the same memory. Concurrent programming is tricky,
14218 because protecting shared data between threads is easier said than done.
14219 Making existing single-threaded code execute concurrently can be
14220 as trivial as adding `std::async` or `std::thread` strategically, or it can
14221 necessitate a full rewrite, depending on whether the original code was written
14222 in a thread-friendly way.
14224 The concurrency/parallelism rules in this document are designed with three goals
14225 in mind:
14227 * To help in writing code that is amenable to being used in a threaded
14228   environment
14229 * To show clean, safe ways to use the threading primitives offered by the
14230   standard library
14231 * To offer guidance on what to do when concurrency and parallelism aren't giving
14232   the performance gains needed
14234 It is also important to note that concurrency in C++ is an unfinished
14235 story. C++11 introduced many core concurrency primitives, C++14 and C++17 improved on
14236 them, and there is much interest in making the writing of
14237 concurrent programs in C++ even easier. We expect some of the library-related
14238 guidance here to change significantly over time.
14240 This section needs a lot of work (obviously).
14241 Please note that we start with rules for relative non-experts.
14242 Real experts must wait a bit;
14243 contributions are welcome,
14244 but please think about the majority of programmers who are struggling to get their concurrent programs correct and performant.
14246 Concurrency and parallelism rule summary:
14248 * [CP.1: Assume that your code will run as part of a multi-threaded program](#Rconc-multi)
14249 * [CP.2: Avoid data races](#Rconc-races)
14250 * [CP.3: Minimize explicit sharing of writable data](#Rconc-data)
14251 * [CP.4: Think in terms of tasks, rather than threads](#Rconc-task)
14252 * [CP.8: Don't try to use `volatile` for synchronization](#Rconc-volatile)
14253 * [CP.9: Whenever feasible use tools to validate your concurrent code](#Rconc-tools)
14255 **See also**:
14257 * [CP.con: Concurrency](#SScp-con)
14258 * [CP.coro: Coroutines](#SScp-coro)
14259 * [CP.par: Parallelism](#SScp-par)
14260 * [CP.mess: Message passing](#SScp-mess)
14261 * [CP.vec: Vectorization](#SScp-vec)
14262 * [CP.free: Lock-free programming](#SScp-free)
14263 * [CP.etc: Etc. concurrency rules](#SScp-etc)
14265 ### <a name="Rconc-multi"></a>CP.1: Assume that your code will run as part of a multi-threaded program
14267 ##### Reason
14269 It's hard to be certain that concurrency isn't used now or won't be used sometime in the future.
14270 Code gets reused.
14271 Libraries not using threads might be used from some other part of a program that does use threads.
14272 Note that this rule applies most urgently to library code and least urgently to stand-alone applications.
14273 However, over time, code fragments can turn up in unexpected places.
14275 ##### Example, bad
14277     double cached_computation(int x)
14278     {
14279         // bad: these statics cause data races in multi-threaded usage
14280         static int cached_x = 0.0;
14281         static double cached_result = COMPUTATION_OF_ZERO;
14283         if (cached_x != x) {
14284             cached_x = x;
14285             cached_result = computation(x);
14286         }
14287         return cached_result;
14288     }
14290 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.
14292 ##### Example, good
14294     struct ComputationCache {
14295         int cached_x = 0;
14296         double cached_result = COMPUTATION_OF_ZERO;
14298         double compute(int x) {
14299             if (cached_x != x) {
14300                 cached_x = x;
14301                 cached_result = computation(x);
14302             }
14303             return cached_result;
14304         }
14305     };
14307 Here the cache is stored as member data of a `ComputationCache` object, rather than as shared static state.
14308 This refactoring essentially delegates the concern upward to the caller: a single-threaded program
14309 might still choose to have one global `ComputationCache`, while a multi-threaded program might
14310 have one `ComputationCache` instance per thread, or one per "context" for any definition of "context."
14311 The refactored function no longer attempts to manage the allocation of `cached_x`. In that sense,
14312 this is an application of the Single Responsibility Principle.
14314 In this specific example, refactoring for thread-safety also improved reusability in single-threaded
14315 programs. It's not hard to imagine that a single-threaded program might want two `ComputationCache` instances
14316 for use in different parts of the program, without having them overwrite each other's cached data.
14318 There are several other ways one might add thread-safety to code written for a standard multi-threaded environment
14319 (that is, one where the only form of concurrency is `std::thread`):
14321 * Mark the state variables as `thread_local` instead of `static`.
14322 * Implement concurrency control, for example, protecting access to the two `static` variables with a `static std::mutex`.
14323 * Refuse to build and/or run in a multi-threaded environment.
14324 * Provide two implementations: one for single-threaded environments and another for multi-threaded environments.
14326 ##### Exception
14328 Code that is never run in a multi-threaded environment.
14330 Be careful: there are many examples where code that was "known" to never run in a multi-threaded program
14331 was run as part of a multi-threaded program, often years later.
14332 Typically, such programs lead to a painful effort to remove data races.
14333 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.
14335 ### <a name="Rconc-races"></a>CP.2: Avoid data races
14337 ##### Reason
14339 Unless you do, nothing is guaranteed to work and subtle errors will persist.
14341 ##### Note
14343 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.
14344 For further information of how to use synchronization well to eliminate data races, please consult a good book about concurrency (See [Carefully study the literature](#Rconc-literature)).
14346 ##### Example, bad
14348 There are many examples of data races that exist, some of which are running in
14349 production software at this very moment. One very simple example:
14351     int get_id()
14352     {
14353       static int id = 1;
14354       return id++;
14355     }
14357 The increment here is an example of a data race. This can go wrong in many ways,
14358 including:
14360 * Thread A loads the value of `id`, the OS context switches A out for some
14361   period, during which other threads create hundreds of IDs. Thread A is then
14362   allowed to run again, and `id` is written back to that location as A's read of
14363   `id` plus one.
14364 * Thread A and B load `id` and increment it simultaneously.  They both get the
14365   same ID.
14367 Local static variables are a common source of data races.
14369 ##### Example, bad:
14371     void f(fstream& fs, regex pattern)
14372     {
14373         array<double, max> buf;
14374         int sz = read_vec(fs, buf, max);            // read from fs into buf
14375         gsl::span<double> s {buf};
14376         // ...
14377         auto h1 = async([&] { sort(std::execution::par, s); });     // spawn a task to sort
14378         // ...
14379         auto h2 = async([&] { return find_all(buf, sz, pattern); });   // spawn a task to find matches
14380         // ...
14381     }
14383 Here, we have a (nasty) data race on the elements of `buf` (`sort` will both read and write).
14384 All data races are nasty.
14385 Here, we managed to get a data race on data on the stack.
14386 Not all data races are as easy to spot as this one.
14388 ##### Example, bad:
14390     // code not controlled by a lock
14392     unsigned val;
14394     if (val < 5) {
14395         // ... other thread can change val here ...
14396         switch (val) {
14397         case 0: // ...
14398         case 1: // ...
14399         case 2: // ...
14400         case 3: // ...
14401         case 4: // ...
14402         }
14403     }
14405 Now, a compiler that does not know that `val` can change will  most likely implement that `switch` using a jump table with five entries.
14406 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.
14407 Really, "all bets are off" if you get a data race.
14408 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;
14409 this can be a security risk.
14411 ##### Enforcement
14413 Some is possible, do at least something.
14414 There are commercial and open-source tools that try to address this problem,
14415 but be aware that solutions have costs and blind spots.
14416 Static tools often have many false positives and run-time tools often have a significant cost.
14417 We hope for better tools.
14418 Using multiple tools can catch more problems than a single one.
14420 There are other ways you can mitigate the chance of data races:
14422 * Avoid global data
14423 * Avoid `static` variables
14424 * More use of concrete types on the stack (and don't pass pointers around too much)
14425 * More use of immutable data (literals, `constexpr`, and `const`)
14427 ### <a name="Rconc-data"></a>CP.3: Minimize explicit sharing of writable data
14429 ##### Reason
14431 If you don't share writable data, you can't have a data race.
14432 The less sharing you do, the less chance you have to forget to synchronize access (and get data races).
14433 The less sharing you do, the less chance you have to wait on a lock (so performance can improve).
14435 ##### Example
14437     bool validate(const vector<Reading>&);
14438     Graph<Temp_node> temperature_gradients(const vector<Reading>&);
14439     Image altitude_map(const vector<Reading>&);
14440     // ...
14442     void process_readings(const vector<Reading>& surface_readings)
14443     {
14444         auto h1 = async([&] { if (!validate(surface_readings)) throw Invalid_data{}; });
14445         auto h2 = async([&] { return temperature_gradients(surface_readings); });
14446         auto h3 = async([&] { return altitude_map(surface_readings); });
14447         // ...
14448         h1.get();
14449         auto v2 = h2.get();
14450         auto v3 = h3.get();
14451         // ...
14452     }
14454 Without those `const`s, we would have to review every asynchronously invoked function for potential data races on `surface_readings`.
14455 Making `surface_readings` be `const` (with respect to this function) allow reasoning using only the function body.
14457 ##### Note
14459 Immutable data can be safely and efficiently shared.
14460 No locking is needed: You can't have a data race on a constant.
14461 See also [CP.mess: Message Passing](#SScp-mess) and [CP.31: prefer pass by value](#Rconc-data-by-value).
14463 ##### Enforcement
14468 ### <a name="Rconc-task"></a>CP.4: Think in terms of tasks, rather than threads
14470 ##### Reason
14472 A `thread` is an implementation concept, a way of thinking about the machine.
14473 A task is an application notion, something you'd like to do, preferably concurrently with other tasks.
14474 Application concepts are easier to reason about.
14476 ##### Example
14478     void some_fun(const std::string& msg)
14479     {
14480         std::thread publisher([=] { std::cout << msg; });      // bad: less expressive
14481                                                                //      and more error-prone
14482         auto pubtask = std::async([=] { std::cout << msg; });  // OK
14483         // ...
14484         publisher.join();
14485     }
14487 ##### Note
14489 With the exception of `async()`, the standard-library facilities are low-level, machine-oriented, threads-and-lock level.
14490 This is a necessary foundation, but we have to try to raise the level of abstraction: for productivity, for reliability, and for performance.
14491 This is a potent argument for using higher level, more applications-oriented libraries (if possible, built on top of standard-library facilities).
14493 ##### Enforcement
14497 ### <a name="Rconc-volatile"></a>CP.8: Don't try to use `volatile` for synchronization
14499 ##### Reason
14501 In C++, unlike some other languages, `volatile` does not provide atomicity, does not synchronize between threads,
14502 and does not prevent instruction reordering (neither compiler nor hardware).
14503 It simply has nothing to do with concurrency.
14505 ##### Example, bad:
14507     int free_slots = max_slots; // current source of memory for objects
14509     Pool* use()
14510     {
14511         if (int n = free_slots--) return &pool[n];
14512     }
14514 Here we have a problem:
14515 This is perfectly good code in a single-threaded program, but have two threads execute this and
14516 there is a race condition on `free_slots` so that two threads might get the same value and `free_slots`.
14517 That's (obviously) a bad data race, so people trained in other languages might try to fix it like this:
14519     volatile int free_slots = max_slots; // current source of memory for objects
14521     Pool* use()
14522     {
14523         if (int n = free_slots--) return &pool[n];
14524     }
14526 This has no effect on synchronization: The data race is still there!
14528 The C++ mechanism for this is `atomic` types:
14530     atomic<int> free_slots = max_slots; // current source of memory for objects
14532     Pool* use()
14533     {
14534         if (int n = free_slots--) return &pool[n];
14535     }
14537 Now the `--` operation is atomic,
14538 rather than a read-increment-write sequence where another thread might get in-between the individual operations.
14540 ##### Alternative
14542 Use `atomic` types where you might have used `volatile` in some other language.
14543 Use a `mutex` for more complicated examples.
14545 ##### See also
14547 [(rare) proper uses of `volatile`](#Rconc-volatile2)
14549 ### <a name="Rconc-tools"></a>CP.9: Whenever feasible use tools to validate your concurrent code
14551 Experience shows that concurrent code is exceptionally hard to get right
14552 and that compile-time checking, run-time checks, and testing are less effective at finding concurrency errors
14553 than they are at finding errors in sequential code.
14554 Subtle concurrency errors can have dramatically bad effects, including memory corruption, deadlocks, and security vulnerabilities.
14556 ##### Example
14558     ???
14560 ##### Note
14562 Thread safety is challenging, often getting the better of experienced programmers: tooling is an important strategy to mitigate those risks.
14563 There are many tools "out there", both commercial and open-source tools, both research and production tools.
14564 Unfortunately people's needs and constraints differ so dramatically that we cannot make specific recommendations,
14565 but we can mention:
14567 * Static enforcement tools: both [clang](http://clang.llvm.org/docs/ThreadSafetyAnalysis.html)
14568 and some older versions of [GCC](https://gcc.gnu.org/wiki/ThreadSafetyAnnotation)
14569 have some support for static annotation of thread safety properties.
14570 Consistent use of this technique turns many classes of thread-safety errors into compile-time errors.
14571 The annotations are generally local (marking a particular data member as guarded by a particular mutex),
14572 and are usually easy to learn. However, as with many static tools, it can often present false negatives;
14573 cases that should have been caught but were allowed.
14575 * dynamic enforcement tools: Clang's [Thread Sanitizer](http://clang.llvm.org/docs/ThreadSanitizer.html) (aka TSAN)
14576 is a powerful example of dynamic tools: it changes the build and execution of your program to add bookkeeping on memory access,
14577 absolutely identifying data races in a given execution of your binary.
14578 The cost for this is both memory (5-10x in most cases) and CPU slowdown (2-20x).
14579 Dynamic tools like this are best when applied to integration tests, canary pushes, or unit tests that operate on multiple threads.
14580 Workload matters: When TSAN identifies a problem, it is effectively always an actual data race,
14581 but it can only identify races seen in a given execution.
14583 ##### Enforcement
14585 It is up to an application builder to choose which support tools are valuable for a particular application.
14587 ## <a name="SScp-con"></a>CP.con: Concurrency
14589 This section focuses on relatively ad-hoc uses of multiple threads communicating through shared data.
14591 * For parallel algorithms, see [parallelism](#SScp-par)
14592 * For inter-task communication without explicit sharing, see [messaging](#SScp-mess)
14593 * For vector parallel code, see [vectorization](#SScp-vec)
14594 * For lock-free programming, see [lock free](#SScp-free)
14596 Concurrency rule summary:
14598 * [CP.20: Use RAII, never plain `lock()`/`unlock()`](#Rconc-raii)
14599 * [CP.21: Use `std::lock()` or `std::scoped_lock` to acquire multiple `mutex`es](#Rconc-lock)
14600 * [CP.22: Never call unknown code while holding a lock (e.g., a callback)](#Rconc-unknown)
14601 * [CP.23: Think of a joining `thread` as a scoped container](#Rconc-join)
14602 * [CP.24: Think of a `thread` as a global container](#Rconc-detach)
14603 * [CP.25: Prefer `gsl::joining_thread` over `std::thread`](#Rconc-joining_thread)
14604 * [CP.26: Don't `detach()` a thread](#Rconc-detached_thread)
14605 * [CP.31: Pass small amounts of data between threads by value, rather than by reference or pointer](#Rconc-data-by-value)
14606 * [CP.32: To share ownership between unrelated `thread`s use `shared_ptr`](#Rconc-shared)
14607 * [CP.40: Minimize context switching](#Rconc-switch)
14608 * [CP.41: Minimize thread creation and destruction](#Rconc-create)
14609 * [CP.42: Don't `wait` without a condition](#Rconc-wait)
14610 * [CP.43: Minimize time spent in a critical section](#Rconc-time)
14611 * [CP.44: Remember to name your `lock_guard`s and `unique_lock`s](#Rconc-name)
14612 * [CP.50: Define a `mutex` together with the data it guards. Use `synchronized_value<T>` where possible](#Rconc-mutex)
14613 * ??? when to use a spinlock
14614 * ??? when to use `try_lock()`
14615 * ??? when to prefer `lock_guard` over `unique_lock`
14616 * ??? Time multiplexing
14617 * ??? when/how to use `new thread`
14619 ### <a name="Rconc-raii"></a>CP.20: Use RAII, never plain `lock()`/`unlock()`
14621 ##### Reason
14623 Avoids nasty errors from unreleased locks.
14625 ##### Example, bad
14627     mutex mtx;
14629     void do_stuff()
14630     {
14631         mtx.lock();
14632         // ... do stuff ...
14633         mtx.unlock();
14634     }
14636 Sooner or later, someone will forget the `mtx.unlock()`, place a `return` in the `... do stuff ...`, throw an exception, or something.
14638     mutex mtx;
14640     void do_stuff()
14641     {
14642         unique_lock<mutex> lck {mtx};
14643         // ... do stuff ...
14644     }
14646 ##### Enforcement
14648 Flag calls of member `lock()` and `unlock()`.  ???
14651 ### <a name="Rconc-lock"></a>CP.21: Use `std::lock()` or `std::scoped_lock` to acquire multiple `mutex`es
14653 ##### Reason
14655 To avoid deadlocks on multiple `mutex`es.
14657 ##### Example
14659 This is asking for deadlock:
14661     // thread 1
14662     lock_guard<mutex> lck1(m1);
14663     lock_guard<mutex> lck2(m2);
14665     // thread 2
14666     lock_guard<mutex> lck2(m2);
14667     lock_guard<mutex> lck1(m1);
14669 Instead, use `lock()`:
14671     // thread 1
14672     lock(m1, m2);
14673     lock_guard<mutex> lck1(m1, adopt_lock);
14674     lock_guard<mutex> lck2(m2, adopt_lock);
14676     // thread 2
14677     lock(m2, m1);
14678     lock_guard<mutex> lck2(m2, adopt_lock);
14679     lock_guard<mutex> lck1(m1, adopt_lock);
14681 or (better, but C++17 only):
14683     // thread 1
14684     scoped_lock<mutex, mutex> lck1(m1, m2);
14686     // thread 2
14687     scoped_lock<mutex, mutex> lck2(m2, m1);
14689 Here, the writers of `thread1` and `thread2` are still not agreeing on the order of the `mutex`es, but order no longer matters.
14691 ##### Note
14693 In real code, `mutex`es are rarely named to conveniently remind the programmer of an intended relation and intended order of acquisition.
14694 In real code, `mutex`es are not always conveniently acquired on consecutive lines.
14696 ##### Note
14698 In C++17 it's possible to write plain
14700     lock_guard lck1(m1, adopt_lock);
14702 and have the `mutex` type deduced.
14704 ##### Enforcement
14706 Detect the acquisition of multiple `mutex`es.
14707 This is undecidable in general, but catching common simple examples (like the one above) is easy.
14710 ### <a name="Rconc-unknown"></a>CP.22: Never call unknown code while holding a lock (e.g., a callback)
14712 ##### Reason
14714 If you don't know what a piece of code does, you are risking deadlock.
14716 ##### Example
14718     void do_this(Foo* p)
14719     {
14720         lock_guard<mutex> lck {my_mutex};
14721         // ... do something ...
14722         p->act(my_data);
14723         // ...
14724     }
14726 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),
14727 it might call `do_this` (recursively) and cause a deadlock on `my_mutex`.
14728 Maybe it will lock on a different mutex and not return in a reasonable time, causing delays to any code calling `do_this`.
14730 ##### Example
14732 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.
14733 Such problem can often be solved by using a `recursive_mutex`. For example:
14735     recursive_mutex my_mutex;
14737     template<typename Action>
14738     void do_something(Action f)
14739     {
14740         unique_lock<recursive_mutex> lck {my_mutex};
14741         // ... do something ...
14742         f(this);    // f will do something to *this
14743         // ...
14744     }
14746 If, as it is likely, `f()` invokes operations on `*this`, we must make sure that the object's invariant holds before the call.
14748 ##### Enforcement
14750 * Flag calling a virtual function with a non-recursive `mutex` held
14751 * Flag calling a callback with a non-recursive `mutex` held
14754 ### <a name="Rconc-join"></a>CP.23: Think of a joining `thread` as a scoped container
14756 ##### Reason
14758 To maintain pointer safety and avoid leaks, we need to consider what pointers are used by a `thread`.
14759 If a `thread` joins, we can safely pass pointers to objects in the scope of the `thread` and its enclosing scopes.
14761 ##### Example
14763     void f(int* p)
14764     {
14765         // ...
14766         *p = 99;
14767         // ...
14768     }
14769     int glob = 33;
14771     void some_fct(int* p)
14772     {
14773         int x = 77;
14774         joining_thread t0(f, &x);           // OK
14775         joining_thread t1(f, p);            // OK
14776         joining_thread t2(f, &glob);        // OK
14777         auto q = make_unique<int>(99);
14778         joining_thread t3(f, q.get());      // OK
14779         // ...
14780     }
14782 A `gsl::joining_thread` is a `std::thread` with a destructor that joins and that cannot be `detached()`.
14783 By "OK" we mean that the object will be in scope ("live") for as long as a `thread` can use the pointer to it.
14784 The fact that `thread`s run concurrently doesn't affect the lifetime or ownership issues here;
14785 these `thread`s can be seen as just a function object called from `some_fct`.
14787 ##### Enforcement
14789 Ensure that `joining_thread`s don't `detach()`.
14790 After that, the usual lifetime and ownership (for local objects) enforcement applies.
14792 ### <a name="Rconc-detach"></a>CP.24: Think of a `thread` as a global container
14794 ##### Reason
14796 To maintain pointer safety and avoid leaks, we need to consider what pointers are used by a `thread`.
14797 If a `thread` is detached, we can safely pass pointers to static and free store objects (only).
14799 ##### Example
14801     void f(int* p)
14802     {
14803         // ...
14804         *p = 99;
14805         // ...
14806     }
14808     int glob = 33;
14810     void some_fct(int* p)
14811     {
14812         int x = 77;
14813         std::thread t0(f, &x);           // bad
14814         std::thread t1(f, p);            // bad
14815         std::thread t2(f, &glob);        // OK
14816         auto q = make_unique<int>(99);
14817         std::thread t3(f, q.get());      // bad
14818         // ...
14819         t0.detach();
14820         t1.detach();
14821         t2.detach();
14822         t3.detach();
14823         // ...
14824     }
14826 By "OK" we mean that the object will be in scope ("live") for as long as a `thread` can use the pointers to it.
14827 By "bad" we mean that a `thread` might use a pointer after the pointed-to object is destroyed.
14828 The fact that `thread`s run concurrently doesn't affect the lifetime or ownership issues here;
14829 these `thread`s can be seen as just a function object called from `some_fct`.
14831 ##### Note
14833 Even objects with static storage duration can be problematic if used from detached threads: if the
14834 thread continues until the end of the program, it might be running concurrently with the destruction
14835 of objects with static storage duration, and thus accesses to such objects might race.
14837 ##### Note
14839 This rule is redundant if you [don't `detach()`](#Rconc-detached_thread) and [use `gsl::joining_thread`](#Rconc-joining_thread).
14840 However, converting code to follow those guidelines could be difficult and even impossible for third-party libraries.
14841 In such cases, the rule becomes essential for lifetime safety and type safety.
14844 In general, it is undecidable whether a `detach()` is executed for a `thread`, but simple common cases are easily detected.
14845 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;
14846 After that, the usual lifetime and ownership (for global objects) enforcement applies.
14848 ##### Enforcement
14850 Flag attempts to pass local variables to a thread that might `detach()`.
14852 ### <a name="Rconc-joining_thread"></a>CP.25: Prefer `gsl::joining_thread` over `std::thread`
14854 ##### Reason
14856 A `joining_thread` is a thread that joins at the end of its scope.
14857 Detached threads are hard to monitor.
14858 It is harder to ensure absence of errors in detached threads (and potentially detached threads).
14860 ##### Example, bad
14862     void f() { std::cout << "Hello "; }
14864     struct F {
14865         void operator()() const { std::cout << "parallel world "; }
14866     };
14868     int main()
14869     {
14870         std::thread t1{f};      // f() executes in separate thread
14871         std::thread t2{F()};    // F()() executes in separate thread
14872     }  // spot the bugs
14874 ##### Example
14876     void f() { std::cout << "Hello "; }
14878     struct F {
14879         void operator()() const { std::cout << "parallel world "; }
14880     };
14882     int main()
14883     {
14884         std::thread t1{f};      // f() executes in separate thread
14885         std::thread t2{F()};    // F()() executes in separate thread
14887         t1.join();
14888         t2.join();
14889     }  // one bad bug left
14891 ##### Note
14893 Make "immortal threads" globals, put them in an enclosing scope, or put them on the free store rather than `detach()`.
14894 [Don't `detach`](#Rconc-detached_thread).
14896 ##### Note
14898 Because of old code and third party libraries using `std::thread`, this rule can be hard to introduce.
14900 ##### Enforcement
14902 Flag uses of `std::thread`:
14904 * Suggest use of `gsl::joining_thread` or C++20 `std::jthread`.
14905 * Suggest ["exporting ownership"](#Rconc-detached_thread) to an enclosing scope if it detaches.
14906 * Warn if it is not obvious whether a thread joins or detaches.
14908 ### <a name="Rconc-detached_thread"></a>CP.26: Don't `detach()` a thread
14910 ##### Reason
14912 Often, the need to outlive the scope of its creation is inherent in the `thread`s task,
14913 but implementing that idea by `detach` makes it harder to monitor and communicate with the detached thread.
14914 In particular, it is harder (though not impossible) to ensure that the thread completed as expected or lives for as long as expected.
14916 ##### Example
14918     void heartbeat();
14920     void use()
14921     {
14922         std::thread t(heartbeat);             // don't join; heartbeat is meant to run forever
14923         t.detach();
14924         // ...
14925     }
14927 This is a reasonable use of a thread, for which `detach()` is commonly used.
14928 There are problems, though.
14929 How do we monitor the detached thread to see if it is alive?
14930 Something might go wrong with the heartbeat, and losing a heartbeat can be very serious in a system for which it is needed.
14931 So, we need to communicate with the heartbeat thread
14932 (e.g., through a stream of messages or notification events using a `condition_variable`).
14934 An alternative, and usually superior solution is to control its lifetime by placing it in a scope outside its point of creation (or activation).
14935 For example:
14937     void heartbeat();
14939     gsl::joining_thread t(heartbeat);             // heartbeat is meant to run "forever"
14941 This heartbeat will (barring error, hardware problems, etc.) run for as long as the program does.
14943 Sometimes, we need to separate the point of creation from the point of ownership:
14945     void heartbeat();
14947     unique_ptr<gsl::joining_thread> tick_tock {nullptr};
14949     void use()
14950     {
14951         // heartbeat is meant to run as long as tick_tock lives
14952         tick_tock = make_unique<gsl::joining_thread>(heartbeat);
14953         // ...
14954     }
14956 #### Enforcement
14958 Flag `detach()`.
14961 ### <a name="Rconc-data-by-value"></a>CP.31: Pass small amounts of data between threads by value, rather than by reference or pointer
14963 ##### Reason
14965 A small amount of data is cheaper to copy and access than to share it using some locking mechanism.
14966 Copying naturally gives unique ownership (simplifies code) and eliminates the possibility of data races.
14968 ##### Note
14970 Defining "small amount" precisely is impossible.
14972 ##### Example
14974     string modify1(string);
14975     void modify2(string&);
14977     void fct(string& s)
14978     {
14979         auto res = async(modify1, s);
14980         async(modify2, s);
14981     }
14983 The call of `modify1` involves copying two `string` values; the call of `modify2` does not.
14984 On the other hand, the implementation of `modify1` is exactly as we would have written it for single-threaded code,
14985 whereas the implementation of `modify2` will need some form of locking to avoid data races.
14986 If the string is short (say 10 characters), the call of `modify1` can be surprisingly fast;
14987 essentially all the cost is in the `thread` switch. If the string is long (say 1,000,000 characters), copying it twice
14988 is probably not a good idea.
14990 Note that this argument has nothing to do with `async` as such. It applies equally to considerations about whether to use
14991 message passing or shared memory.
14993 ##### Enforcement
14998 ### <a name="Rconc-shared"></a>CP.32: To share ownership between unrelated `thread`s use `shared_ptr`
15000 ##### Reason
15002 If threads are unrelated (that is, not known to be in the same scope or one within the lifetime of the other)
15003 and they need to share free store memory that needs to be deleted, a `shared_ptr` (or equivalent) is the only
15004 safe way to ensure proper deletion.
15006 ##### Example
15008     ???
15010 ##### Note
15012 * 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.
15013 * An object on free store that is never to be deleted can be shared.
15014 * An object owned by one thread can be safely shared with another as long as that second thread doesn't outlive the owner.
15016 ##### Enforcement
15021 ### <a name="Rconc-switch"></a>CP.40: Minimize context switching
15023 ##### Reason
15025 Context switches are expensive.
15027 ##### Example
15029     ???
15031 ##### Enforcement
15036 ### <a name="Rconc-create"></a>CP.41: Minimize thread creation and destruction
15038 ##### Reason
15040 Thread creation is expensive.
15042 ##### Example
15044     void worker(Message m)
15045     {
15046         // process
15047     }
15049     void dispatcher(istream& is)
15050     {
15051         for (Message m; is >> m; )
15052             run_list.push_back(new thread(worker, m));
15053     }
15055 This spawns a `thread` per message, and the `run_list` is presumably managed to destroy those tasks once they are finished.
15057 Instead, we could have a set of pre-created worker threads processing the messages
15059     Sync_queue<Message> work;
15061     void dispatcher(istream& is)
15062     {
15063         for (Message m; is >> m; )
15064             work.put(m);
15065     }
15067     void worker()
15068     {
15069         for (Message m; m = work.get(); ) {
15070             // process
15071         }
15072     }
15074     void workers()  // set up worker threads (specifically 4 worker threads)
15075     {
15076         joining_thread w1 {worker};
15077         joining_thread w2 {worker};
15078         joining_thread w3 {worker};
15079         joining_thread w4 {worker};
15080     }
15082 ##### Note
15084 If your system has a good thread pool, use it.
15085 If your system has a good message queue, use it.
15087 ##### Enforcement
15092 ### <a name="Rconc-wait"></a>CP.42: Don't `wait` without a condition
15094 ##### Reason
15096 A `wait` without a condition can miss a wakeup or wake up simply to find that there is no work to do.
15098 ##### Example, bad
15100     std::condition_variable cv;
15101     std::mutex mx;
15103     void thread1()
15104     {
15105         while (true) {
15106             // do some work ...
15107             std::unique_lock<std::mutex> lock(mx);
15108             cv.notify_one();    // wake other thread
15109         }
15110     }
15112     void thread2()
15113     {
15114         while (true) {
15115             std::unique_lock<std::mutex> lock(mx);
15116             cv.wait(lock);    // might block forever
15117             // do work ...
15118         }
15119     }
15121 Here, if some other `thread` consumes `thread1`'s notification, `thread2` can wait forever.
15123 ##### Example
15125     template<typename T>
15126     class Sync_queue {
15127     public:
15128         void put(const T& val);
15129         void put(T&& val);
15130         void get(T& val);
15131     private:
15132         mutex mtx;
15133         condition_variable cond;    // this controls access
15134         list<T> q;
15135     };
15137     template<typename T>
15138     void Sync_queue<T>::put(const T& val)
15139     {
15140         lock_guard<mutex> lck(mtx);
15141         q.push_back(val);
15142         cond.notify_one();
15143     }
15145     template<typename T>
15146     void Sync_queue<T>::get(T& val)
15147     {
15148         unique_lock<mutex> lck(mtx);
15149         cond.wait(lck, [this] { return !q.empty(); });    // prevent spurious wakeup
15150         val = q.front();
15151         q.pop_front();
15152     }
15154 Now if the queue is empty when a thread executing `get()` wakes up (e.g., because another thread has gotten to `get()` before it),
15155 it will immediately go back to sleep, waiting.
15157 ##### Enforcement
15159 Flag all `wait`s without conditions.
15162 ### <a name="Rconc-time"></a>CP.43: Minimize time spent in a critical section
15164 ##### Reason
15166 The less time is spent with a `mutex` taken, the less chance that another `thread` has to wait,
15167 and `thread` suspension and resumption are expensive.
15169 ##### Example
15171     void do_something() // bad
15172     {
15173         unique_lock<mutex> lck(my_lock);
15174         do0();  // preparation: does not need lock
15175         do1();  // transaction: needs locking
15176         do2();  // cleanup: does not need locking
15177     }
15179 Here, we are holding the lock for longer than necessary:
15180 We should not have taken the lock before we needed it and should have released it again before starting the cleanup.
15181 We could rewrite this to
15183     void do_something() // bad
15184     {
15185         do0();  // preparation: does not need lock
15186         my_lock.lock();
15187         do1();  // transaction: needs locking
15188         my_lock.unlock();
15189         do2();  // cleanup: does not need locking
15190     }
15192 But that compromises safety and violates the [use RAII](#Rconc-raii) rule.
15193 Instead, add a block for the critical section:
15195     void do_something() // OK
15196     {
15197         do0();  // preparation: does not need lock
15198         {
15199             unique_lock<mutex> lck(my_lock);
15200             do1();  // transaction: needs locking
15201         }
15202         do2();  // cleanup: does not need locking
15203     }
15205 ##### Enforcement
15207 Impossible in general.
15208 Flag "naked" `lock()` and `unlock()`.
15211 ### <a name="Rconc-name"></a>CP.44: Remember to name your `lock_guard`s and `unique_lock`s
15213 ##### Reason
15215 An unnamed local object is a temporary that immediately goes out of scope.
15217 ##### Example
15219     // global mutexes
15220     mutex m1;
15221     mutex m2;
15223     void f()
15224     {
15225         unique_lock<mutex>(m1); // (A)
15226         lock_guard<mutex> {m2}; // (B)
15227         // do work in critical section ...
15228     }
15230 This looks innocent enough, but it isn't. At (A), `m1` is a default-constructed
15231 local `unique_lock`, which shadows the global `::m1` (and does not lock it).
15232 At (B) an unnamed temporary `lock_guard` is constructed and locks `::m2`,
15233 but immediately goes out of scope and unlocks `::m2` again.
15234 For the rest of the function `f()` neither mutex is locked.
15236 ##### Enforcement
15238 Flag all unnamed `lock_guard`s and `unique_lock`s.
15242 ### <a name="Rconc-mutex"></a>CP.50: Define a `mutex` together with the data it guards. Use `synchronized_value<T>` where possible
15244 ##### Reason
15246 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.
15248 Using a `synchronized_value<T>` ensures that the data has a mutex, and the right mutex is locked when the data is accessed.
15249 See the [WG21 proposal](http://wg21.link/p0290) to add `synchronized_value` to a future TS or revision of the C++ standard.
15251 ##### Example
15253     struct Record {
15254         std::mutex m;   // take this mutex before accessing other members
15255         // ...
15256     };
15258     class MyClass {
15259         struct DataRecord {
15260            // ...
15261         };
15262         synchronized_value<DataRecord> data; // Protect the data with a mutex
15263     };
15265 ##### Enforcement
15267 ??? Possible?
15270 ## <a name="SScp-coro"></a>CP.coro: Coroutines
15272 This section focuses on uses of coroutines.
15274 Coroutine rule summary:
15276 * [CP.51: Do not use capturing lambdas that are coroutines](#Rcoro-capture)
15277 * [CP.52: Do not hold locks or other synchronization primitives across suspension points](#Rcoro-locks)
15278 * [CP.53: Parameters to coroutines should not be passed by reference](#Rcoro-reference-parameters)
15280 ### <a name="Rcoro-capture"></a>CP.51: Do not use capturing lambdas that are coroutines
15282 ##### Reason
15284 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 copyable types.
15286 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.
15288 ##### Example, Bad
15290     int value = get_value();
15291     std::shared_ptr<Foo> sharedFoo = get_foo();
15292     {
15293       const auto lambda = [value, sharedFoo]() -> std::future<void>
15294       {
15295         co_await something();
15296         // "sharedFoo" and "value" have already been destroyed
15297         // the "shared" pointer didn't accomplish anything
15298       };
15299       lambda();
15300     } // the lambda closure object has now gone out of scope
15302 ##### Example, Better
15304     int value = get_value();
15305     std::shared_ptr<Foo> sharedFoo = get_foo();
15306     {
15307       // take as by-value parameter instead of as a capture
15308       const auto lambda = [](auto sharedFoo, auto value) -> std::future<void>
15309       {
15310         co_await something();
15311         // sharedFoo and value are still valid at this point
15312       };
15313       lambda(sharedFoo, value);
15314     } // the lambda closure object has now gone out of scope
15316 ##### Example, Best
15318 Use a function for coroutines.
15320     std::future<void> Class::do_something(int value, std::shared_ptr<Foo> sharedFoo)
15321     {
15322       co_await something();
15323       // sharedFoo and value are still valid at this point
15324     }
15326     void SomeOtherFunction()
15327     {
15328       int value = get_value();
15329       std::shared_ptr<Foo> sharedFoo = get_foo();
15330       do_something(value, sharedFoo);
15331     }
15333 ##### Enforcement
15335 Flag a lambda that is a coroutine and has a non-empty capture list.
15338 ### <a name="Rcoro-locks"></a>CP.52: Do not hold locks or other synchronization primitives across suspension points
15340 ##### Reason
15342 This pattern creates a significant risk of deadlocks.  Some types of waits will allow the current thread to perform additional work until the asynchronous operation has completed. If the thread holding the lock performs work that requires the same lock then it will deadlock because it is trying to acquire a lock that it is already holding.
15344 If the coroutine completes on a different thread from the thread that acquired the lock then that is undefined behavior.  Even with an explicit return to the original thread an exception might be thrown before coroutine resumes and the result will be that the lock guard is not destructed.
15346 ##### Example, Bad
15348     std::mutex g_lock;
15350     std::future<void> Class::do_something()
15351     {
15352         std::lock_guard<std::mutex> guard(g_lock);
15353         co_await something(); // DANGER: coroutine has suspended execution while holding a lock
15354         co_await somethingElse();
15355     }
15357 ##### Example, Good
15359     std::mutex g_lock;
15361     std::future<void> Class::do_something()
15362     {
15363         {
15364             std::lock_guard<std::mutex> guard(g_lock);
15365             // modify data protected by lock
15366         }
15367         co_await something(); // OK: lock has been released before coroutine suspends
15368         co_await somethingElse();
15369     }
15372 ##### Note
15374 This pattern is also bad for performance. When a suspension point is reached, such as co_await, execution of the current function stops and other code begins to run. It may be a long period of time before the coroutine resumes. For that entire duration the lock will be held and cannot be acquired by other threads to perform work.
15376 ##### Enforcement
15378 Flag all lock guards that are not destructed before a coroutine suspends.
15380 ### <a name="Rcoro-reference-parameters"></a>CP.53: Parameters to coroutines should not be passed by reference
15382 ##### Reason
15384 Once a coroutine reaches the first suspension point, such as a co_await, the synchronous portion returns. After that point any parameters passed by reference are dangling. Any usage beyond that is undefined behavior which may include writing to freed memory.
15386 ##### Example, Bad
15388     std::future<int> Class::do_something(const std::shared_ptr<int>& input)
15389     {
15390         co_await something();
15392         // DANGER: the reference to input may no longer be valid and may be freed memory
15393         co_return *input + 1;
15394     }
15396 ##### Example, Good
15398     std::future<int> Class::do_something(std::shared_ptr<int> input)
15399     {
15400         co_await something();
15401         co_return *input + 1; // input is a copy that is still valid here
15402     }
15404 ##### Note
15406 This problem does not apply to reference parameters that are only accessed before the first suspension point. Subsequent changes to the function may add or move suspension points which would reintroduce this class of bug. Some types of coroutines have the suspension point before the first line of code in the coroutine executes, in which case reference parameters are always unsafe.  It is safer to always pass by value because the copied parameter will live in the coroutine frame that is safe to access throughout the coroutine.
15408 ##### Note
15410 The same danger applies to output parameters.  [F.20: For "out" output values, prefer return values to output parameters](#Rf-out) discourages output parameters.  Coroutines should avoid them entirely.
15412 ##### Enforcement
15414 Flag all reference parameters to a coroutine.
15416 ## <a name="SScp-par"></a>CP.par: Parallelism
15418 By "parallelism" we refer to performing a task (more or less) simultaneously ("in parallel with") on many data items.
15420 Parallelism rule summary:
15422 * ???
15423 * ???
15424 * Where appropriate, prefer the standard-library parallel algorithms
15425 * Use algorithms that are designed for parallelism, not algorithms with unnecessary dependency on linear evaluation
15429 ## <a name="SScp-mess"></a>CP.mess: Message passing
15431 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.
15432 Most people shouldn't work at this level: it's error-prone and development is slow.
15433 If possible, use a higher level facility: messaging libraries, parallel algorithms, and vectorization.
15434 This section looks at passing messages so that a programmer doesn't have to do explicit synchronization.
15436 Message passing rules summary:
15438 * [CP.60: Use a `future` to return a value from a concurrent task](#Rconc-future)
15439 * [CP.61: Use `async()` to spawn concurrent tasks](#Rconc-async)
15440 * message queues
15441 * messaging libraries
15443 ???? should there be a "use X rather than `std::async`" where X is something that would use a better specified thread pool?
15445 ??? 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?
15448 ### <a name="Rconc-future"></a>CP.60: Use a `future` to return a value from a concurrent task
15450 ##### Reason
15452 A `future` preserves the usual function call return semantics for asynchronous tasks.
15453 There is no explicit locking and both correct (value) return and error (exception) return are handled simply.
15455 ##### Example
15457     ???
15459 ##### Note
15463 ##### Enforcement
15467 ### <a name="Rconc-async"></a>CP.61: Use `async()` to spawn concurrent tasks
15469 ##### Reason
15471 Similar to [R.12](#Rr-immediate-alloc), which tells you to avoid raw owning pointers, you should
15472 also avoid raw threads and raw promises where possible. Use a factory function such as `std::async`,
15473 which handles spawning or reusing a thread without exposing raw threads to your own code.
15475 ##### Example
15477     int read_value(const std::string& filename)
15478     {
15479         std::ifstream in(filename);
15480         in.exceptions(std::ifstream::failbit);
15481         int value;
15482         in >> value;
15483         return value;
15484     }
15486     void async_example()
15487     {
15488         try {
15489             std::future<int> f1 = std::async(read_value, "v1.txt");
15490             std::future<int> f2 = std::async(read_value, "v2.txt");
15491             std::cout << f1.get() + f2.get() << '\n';
15492         } catch (const std::ios_base::failure& fail) {
15493             // handle exception here
15494         }
15495     }
15497 ##### Note
15499 Unfortunately, `std::async` is not perfect. For example, it doesn't use a thread pool,
15500 which means that it might fail due to resource exhaustion, rather than queuing up your tasks
15501 to be executed later. However, even if you cannot use `std::async`, you should prefer to
15502 write your own `future`-returning factory function, rather than using raw promises.
15504 ##### Example (bad)
15506 This example shows two different ways to succeed at using `std::future`, but to fail
15507 at avoiding raw `std::thread` management.
15509     void async_example()
15510     {
15511         std::promise<int> p1;
15512         std::future<int> f1 = p1.get_future();
15513         std::thread t1([p1 = std::move(p1)]() mutable {
15514             p1.set_value(read_value("v1.txt"));
15515         });
15516         t1.detach(); // evil
15518         std::packaged_task<int()> pt2(read_value, "v2.txt");
15519         std::future<int> f2 = pt2.get_future();
15520         std::thread(std::move(pt2)).detach();
15522         std::cout << f1.get() + f2.get() << '\n';
15523     }
15525 ##### Example (good)
15527 This example shows one way you could follow the general pattern set by
15528 `std::async`, in a context where `std::async` itself was unacceptable for
15529 use in production.
15531     void async_example(WorkQueue& wq)
15532     {
15533         std::future<int> f1 = wq.enqueue([]() {
15534             return read_value("v1.txt");
15535         });
15536         std::future<int> f2 = wq.enqueue([]() {
15537             return read_value("v2.txt");
15538         });
15539         std::cout << f1.get() + f2.get() << '\n';
15540     }
15542 Any threads spawned to execute the code of `read_value` are hidden behind
15543 the call to `WorkQueue::enqueue`. The user code deals only with `future`
15544 objects, never with raw `thread`, `promise`, or `packaged_task` objects.
15546 ##### Enforcement
15551 ## <a name="SScp-vec"></a>CP.vec: Vectorization
15553 Vectorization is a technique for executing a number of tasks concurrently without introducing explicit synchronization.
15554 An operation is simply applied to elements of a data structure (a vector, an array, etc.) in parallel.
15555 Vectorization has the interesting property of often requiring no non-local changes to a program.
15556 However, vectorization works best with simple data structures and with algorithms specifically crafted to enable it.
15558 Vectorization rule summary:
15560 * ???
15561 * ???
15563 ## <a name="SScp-free"></a>CP.free: Lock-free programming
15565 Synchronization using `mutex`es and `condition_variable`s can be relatively expensive.
15566 Furthermore, it can lead to deadlock.
15567 For performance and to eliminate the possibility of deadlock, we sometimes have to use the tricky low-level "lock-free" facilities
15568 that rely on briefly gaining exclusive ("atomic") access to memory.
15569 Lock-free programming is also used to implement higher-level concurrency mechanisms, such as `thread`s and `mutex`es.
15571 Lock-free programming rule summary:
15573 * [CP.100: Don't use lock-free programming unless you absolutely have to](#Rconc-lockfree)
15574 * [CP.101: Distrust your hardware/compiler combination](#Rconc-distrust)
15575 * [CP.102: Carefully study the literature](#Rconc-literature)
15576 * how/when to use atomics
15577 * avoid starvation
15578 * use a lock-free data structure rather than hand-crafting specific lock-free access
15579 * [CP.110: Do not write your own double-checked locking for initialization](#Rconc-double)
15580 * [CP.111: Use a conventional pattern if you really need double-checked locking](#Rconc-double-pattern)
15581 * how/when to compare and swap
15584 ### <a name="Rconc-lockfree"></a>CP.100: Don't use lock-free programming unless you absolutely have to
15586 ##### Reason
15588 It's error-prone and requires expert level knowledge of language features, machine architecture, and data structures.
15590 ##### Example, bad
15592     extern atomic<Link*> head;        // the shared head of a linked list
15594     Link* nh = new Link(data, nullptr);    // make a link ready for insertion
15595     Link* h = head.load();                 // read the shared head of the list
15597     do {
15598         if (h->data <= data) break;        // if so, insert elsewhere
15599         nh->next = h;                      // next element is the previous head
15600     } while (!head.compare_exchange_weak(h, nh));    // write nh to head or to h
15602 Spot the bug.
15603 It would be really hard to find through testing.
15604 Read up on the ABA problem.
15606 ##### Exception
15608 [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.
15610 ##### Note
15612 Higher-level concurrency mechanisms, such as `thread`s and `mutex`es are implemented using lock-free programming.
15614 **Alternative**: Use lock-free data structures implemented by others as part of some library.
15617 ### <a name="Rconc-distrust"></a>CP.101: Distrust your hardware/compiler combination
15619 ##### Reason
15621 The low-level hardware interfaces used by lock-free programming are among the hardest to implement well and among
15622 the areas where the most subtle portability problems occur.
15623 If you are doing lock-free programming for performance, you need to check for regressions.
15625 ##### Note
15627 Instruction reordering (static and dynamic) makes it hard for us to think effectively at this level (especially if you use relaxed memory models).
15628 Experience, (semi)formal models and model checking can be useful.
15629 Testing - often to an extreme extent - is essential.
15630 "Don't fly too close to the sun."
15632 ##### Enforcement
15634 Have strong rules for re-testing in place that covers any change in hardware, operating system, compiler, and libraries.
15637 ### <a name="Rconc-literature"></a>CP.102: Carefully study the literature
15639 ##### Reason
15641 With the exception of atomics and a few other standard patterns, lock-free programming is really an expert-only topic.
15642 Become an expert before shipping lock-free code for others to use.
15644 ##### References
15646 * Anthony Williams: C++ concurrency in action. Manning Publications.
15647 * Boehm, Adve, You Don't Know Jack About Shared Variables or Memory Models , Communications of the ACM, Feb 2012.
15648 * Boehm, "Threads Basics", HPL TR 2009-259.
15649 * Adve, Boehm, "Memory Models: A Case for Rethinking Parallel Languages and Hardware", Communications of the ACM, August 2010.
15650 * Boehm, Adve, "Foundations of the C++ Concurrency Memory Model", PLDI 08.
15651 * Mark Batty, Scott Owens, Susmit Sarkar, Peter Sewell, and Tjark Weber, "Mathematizing C++ Concurrency", POPL 2011.
15652 * 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.
15653 * Damian Dechev and Bjarne Stroustrup: Scalable Non-blocking Concurrent Objects for Mission Critical Code. ACM OOPSLA'09. October 2009
15654 * 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.
15655 * Maurice Herlihy, Nir Shavit, Victor Luchangco, Michael Spear, "The Art of Multiprocessor Programming", 2nd ed. September 2020
15657 ### <a name="Rconc-double"></a>CP.110: Do not write your own double-checked locking for initialization
15659 ##### Reason
15661 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.
15663 ##### Example
15665 Example with std::call_once.
15667     void f()
15668     {
15669         static std::once_flag my_once_flag;
15670         std::call_once(my_once_flag, []()
15671         {
15672             // do this only once
15673         });
15674         // ...
15675     }
15677 Example with thread-safe static local variables of C++11.
15679     void f()
15680     {
15681         // Assuming the compiler is compliant with C++11
15682         static My_class my_object; // Constructor called only once
15683         // ...
15684     }
15686     class My_class
15687     {
15688     public:
15689         My_class()
15690         {
15691             // do this only once
15692         }
15693     };
15695 ##### Enforcement
15697 ??? Is it possible to detect the idiom?
15700 ### <a name="Rconc-double-pattern"></a>CP.111: Use a conventional pattern if you really need double-checked locking
15702 ##### Reason
15704 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.
15706 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.
15708 ##### Example, bad
15710 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)
15712     mutex action_mutex;
15713     volatile bool action_needed;
15715     if (action_needed) {
15716         std::lock_guard<std::mutex> lock(action_mutex);
15717         if (action_needed) {
15718             take_action();
15719             action_needed = false;
15720         }
15721     }
15723 ##### Example, good
15725     mutex action_mutex;
15726     atomic<bool> action_needed;
15728     if (action_needed) {
15729         std::lock_guard<std::mutex> lock(action_mutex);
15730         if (action_needed) {
15731             take_action();
15732             action_needed = false;
15733         }
15734     }
15736 Fine-tuned memory order might be beneficial where acquire load is more efficient than sequentially-consistent load
15738     mutex action_mutex;
15739     atomic<bool> action_needed;
15741     if (action_needed.load(memory_order_acquire)) {
15742         lock_guard<std::mutex> lock(action_mutex);
15743         if (action_needed.load(memory_order_relaxed)) {
15744             take_action();
15745             action_needed.store(false, memory_order_release);
15746         }
15747     }
15749 ##### Enforcement
15751 ??? Is it possible to detect the idiom?
15754 ## <a name="SScp-etc"></a>CP.etc: Etc. concurrency rules
15756 These rules defy simple categorization:
15758 * [CP.200: Use `volatile` only to talk to non-C++ memory](#Rconc-volatile2)
15759 * [CP.201: ??? Signals](#Rconc-signal)
15761 ### <a name="Rconc-volatile2"></a>CP.200: Use `volatile` only to talk to non-C++ memory
15763 ##### Reason
15765 `volatile` is used to refer to objects that are shared with "non-C++" code or hardware that does not follow the C++ memory model.
15767 ##### Example
15769     const volatile long clock;
15771 This describes a register constantly updated by a clock circuit.
15772 `clock` is `volatile` because its value will change without any action from the C++ program that uses it.
15773 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:
15775     long t1 = clock;
15776     // ... no use of clock here ...
15777     long t2 = clock;
15779 `clock` is `const` because the program should not try to write to `clock`.
15781 ##### Note
15783 Unless you are writing the lowest level code manipulating hardware directly, consider `volatile` an esoteric feature that is best avoided.
15785 ##### Example
15787 Usually C++ code receives `volatile` memory that is owned elsewhere (hardware or another language):
15789     int volatile* vi = get_hardware_memory_location();
15790         // note: we get a pointer to someone else's memory here
15791         // volatile says "treat this with extra respect"
15793 Sometimes C++ code allocates the `volatile` memory and shares it with "elsewhere" (hardware or another language) by deliberately escaping a pointer:
15795     static volatile long vl;
15796     please_use_this(&vl);   // escape a reference to this to "elsewhere" (not C++)
15798 ##### Example, bad
15800 `volatile` local variables are nearly always wrong -- how can they be shared with other languages or hardware if they're ephemeral?
15801 The same applies almost as strongly to data members, for the same reason.
15803     void f()
15804     {
15805         volatile int i = 0; // bad, volatile local variable
15806         // etc.
15807     }
15809     class My_type {
15810         volatile int i = 0; // suspicious, volatile data member
15811         // etc.
15812     };
15814 ##### Note
15816 In C++, unlike in some other languages, `volatile` has [nothing to do with synchronization](#Rconc-volatile).
15818 ##### Enforcement
15820 * Flag `volatile T` local and data members; almost certainly you intended to use `atomic<T>` instead.
15821 * ???
15823 ### <a name="Rconc-signal"></a>CP.201: ??? Signals
15825 ???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")
15828 # <a name="S-errors"></a>E: Error handling
15830 Error handling involves:
15832 * Detecting an error
15833 * Transmitting information about an error to some handler code
15834 * Preserving a valid state of the program
15835 * Avoiding resource leaks
15837 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.
15839 The rules are designed to help avoid several kinds of errors:
15841 * Type violations (e.g., misuse of `union`s and casts)
15842 * Resource leaks (including memory leaks)
15843 * Bounds errors
15844 * Lifetime errors (e.g., accessing an object after it has been `delete`d)
15845 * Complexity errors (logical errors made likely by overly complex expression of ideas)
15846 * Interface errors (e.g., an unexpected value is passed through an interface)
15848 Error-handling rule summary:
15850 * [E.1: Develop an error-handling strategy early in a design](#Re-design)
15851 * [E.2: Throw an exception to signal that a function can't perform its assigned task](#Re-throw)
15852 * [E.3: Use exceptions for error handling only](#Re-errors)
15853 * [E.4: Design your error-handling strategy around invariants](#Re-design-invariants)
15854 * [E.5: Let a constructor establish an invariant, and throw if it cannot](#Re-invariant)
15855 * [E.6: Use RAII to prevent leaks](#Re-raii)
15856 * [E.7: State your preconditions](#Re-precondition)
15857 * [E.8: State your postconditions](#Re-postcondition)
15859 * [E.12: Use `noexcept` when exiting a function because of a `throw` is impossible or unacceptable](#Re-noexcept)
15860 * [E.13: Never throw while being the direct owner of an object](#Re-never-throw)
15861 * [E.14: Use purpose-designed user-defined types as exceptions (not built-in types)](#Re-exception-types)
15862 * [E.15: Throw by value, catch exceptions from a hierarchy by reference](#Re-exception-ref)
15863 * [E.16: Destructors, deallocation, `swap`, and exception type copy/move construction must never fail](#Re-never-fail)
15864 * [E.17: Don't try to catch every exception in every function](#Re-not-always)
15865 * [E.18: Minimize the use of explicit `try`/`catch`](#Re-catch)
15866 * [E.19: Use a `final_action` object to express cleanup if no suitable resource handle is available](#Re-finally)
15868 * [E.25: If you can't throw exceptions, simulate RAII for resource management](#Re-no-throw-raii)
15869 * [E.26: If you can't throw exceptions, consider failing fast](#Re-no-throw-crash)
15870 * [E.27: If you can't throw exceptions, use error codes systematically](#Re-no-throw-codes)
15871 * [E.28: Avoid error handling based on global state (e.g. `errno`)](#Re-no-throw)
15873 * [E.30: Don't use exception specifications](#Re-specifications)
15874 * [E.31: Properly order your `catch`-clauses](#Re_catch)
15876 ### <a name="Re-design"></a>E.1: Develop an error-handling strategy early in a design
15878 ##### Reason
15880 A consistent and complete strategy for handling errors and resource leaks is hard to retrofit into a system.
15882 ### <a name="Re-throw"></a>E.2: Throw an exception to signal that a function can't perform its assigned task
15884 ##### Reason
15886 To make error handling systematic, robust, and non-repetitive.
15888 ##### Example
15890     struct Foo {
15891         vector<Thing> v;
15892         File_handle f;
15893         string s;
15894     };
15896     void use()
15897     {
15898         Foo bar { {Thing{1}, Thing{2}, Thing{monkey} }, {"my_file", "r"}, "Here we go!"};
15899         // ...
15900     }
15902 Here, `vector` and `string`s constructors might not be able to allocate sufficient memory for their elements, `vector`s constructor might not be able to copy the `Thing`s in its initializer list, and `File_handle` might not be able to open the required file.
15903 In each case, they throw an exception for `use()`'s caller to handle.
15904 If `use()` could handle the failure to construct `bar` it can take control using `try`/`catch`.
15905 In either case, `Foo`'s constructor correctly destroys constructed members before passing control to whatever tried to create a `Foo`.
15906 Note that there is no return value that could contain an error code.
15908 The `File_handle` constructor might be defined like this:
15910     File_handle::File_handle(const string& name, const string& mode)
15911         : f{fopen(name.c_str(), mode.c_str())}
15912     {
15913         if (!f)
15914             throw runtime_error{"File_handle: could not open " + name + " as " + mode};
15915     }
15917 ##### Note
15919 It is often said that exceptions are meant to signal exceptional events and failures.
15920 However, that's a bit circular because "what is exceptional?"
15921 Examples:
15923 * A precondition that cannot be met
15924 * A constructor that cannot construct an object (failure to establish its class's [invariant](#Rc-struct))
15925 * An out-of-range error (e.g., `v[v.size()] = 7`)
15926 * Inability to acquire a resource (e.g., the network is down)
15928 In contrast, termination of an ordinary loop is not exceptional.
15929 Unless the loop was meant to be infinite, termination is normal and expected.
15931 ##### Note
15933 Don't use a `throw` as simply an alternative way of returning a value from a function.
15935 ##### Exception
15937 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`.
15939 **See also**: [RAII](#Re-raii)
15941 **See also**: [discussion](#Sd-noexcept)
15943 ##### Note
15945 Before deciding that you cannot afford or don't like exception-based error handling, have a look at the [alternatives](#Re-no-throw-raii);
15946 they have their own complexities and problems.
15947 Also, as far as possible, measure before making claims about efficiency.
15949 ### <a name="Re-errors"></a>E.3: Use exceptions for error handling only
15951 ##### Reason
15953 To keep error handling separated from "ordinary code."
15954 C++ implementations tend to be optimized based on the assumption that exceptions are rare.
15956 ##### Example, don't
15958     // don't: exception not used for error handling
15959     int find_index(vector<string>& vec, const string& x)
15960     {
15961         try {
15962             for (gsl::index i = 0; i < vec.size(); ++i)
15963                 if (vec[i] == x) throw i;  // found x
15964         }
15965         catch (int i) {
15966             return i;
15967         }
15968         return -1;   // not found
15969     }
15971 This is more complicated and most likely runs much slower than the obvious alternative.
15972 There is nothing exceptional about finding a value in a `vector`.
15974 ##### Enforcement
15976 Would need to be heuristic.
15977 Look for exception values "leaked" out of `catch` clauses.
15979 ### <a name="Re-design-invariants"></a>E.4: Design your error-handling strategy around invariants
15981 ##### Reason
15983 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.
15985 ##### Note
15987 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.
15989 ##### Enforcement
15993 ### <a name="Re-invariant"></a>E.5: Let a constructor establish an invariant, and throw if it cannot
15995 ##### Reason
15997 Leaving an object without its invariant established is asking for trouble.
15998 Not all member functions can be called.
16000 ##### Example
16002     class Vector {  // very simplified vector of doubles
16003         // if elem != nullptr then elem points to sz doubles
16004     public:
16005         Vector() : elem{nullptr}, sz{0}{}
16006         Vector(int s) : elem{new double[s]}, sz{s} { /* initialize elements */ }
16007         ~Vector() { delete [] elem; }
16008         double& operator[](int s) { return elem[s]; }
16009         // ...
16010     private:
16011         owner<double*> elem;
16012         int sz;
16013     };
16015 The class invariant - here stated as a comment - is established by the constructors.
16016 `new` throws if it cannot allocate the required memory.
16017 The operators, notably the subscript operator, rely on the invariant.
16019 **See also**: [If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception](#Rc-throw)
16021 ##### Enforcement
16023 Flag classes with `private` state without a constructor (public, protected, or private).
16025 ### <a name="Re-raii"></a>E.6: Use RAII to prevent leaks
16027 ##### Reason
16029 Leaks are typically unacceptable.
16030 Manual resource release is error-prone.
16031 RAII ("Resource Acquisition Is Initialization") is the simplest, most systematic way of preventing leaks.
16033 ##### Example
16035     void f1(int i)   // Bad: possible leak
16036     {
16037         int* p = new int[12];
16038         // ...
16039         if (i < 17) throw Bad{"in f()", i};
16040         // ...
16041     }
16043 We could carefully release the resource before the throw:
16045     void f2(int i)   // Clumsy and error-prone: explicit release
16046     {
16047         int* p = new int[12];
16048         // ...
16049         if (i < 17) {
16050             delete[] p;
16051             throw Bad{"in f()", i};
16052         }
16053         // ...
16054     }
16056 This is verbose. In larger code with multiple possible `throw`s explicit releases become repetitive and error-prone.
16058     void f3(int i)   // OK: resource management done by a handle (but see below)
16059     {
16060         auto p = make_unique<int[]>(12);
16061         // ...
16062         if (i < 17) throw Bad{"in f()", i};
16063         // ...
16064     }
16066 Note that this works even when the `throw` is implicit because it happened in a called function:
16068     void f4(int i)   // OK: resource management done by a handle (but see below)
16069     {
16070         auto p = make_unique<int[]>(12);
16071         // ...
16072         helper(i);   // might throw
16073         // ...
16074     }
16076 Unless you really need pointer semantics, use a local resource object:
16078     void f5(int i)   // OK: resource management done by local object
16079     {
16080         vector<int> v(12);
16081         // ...
16082         helper(i);   // might throw
16083         // ...
16084     }
16086 That's even simpler and safer, and often more efficient.
16088 ##### Note
16090 If there is no obvious resource handle and for some reason defining a proper RAII object/handle is infeasible,
16091 as a last resort, cleanup actions can be represented by a [`final_action`](#Re-finally) object.
16093 ##### Note
16095 But what do we do if we are writing a program where exceptions cannot be used?
16096 First challenge that assumption; there are many anti-exceptions myths around.
16097 We know of only a few good reasons:
16099 * We are on a system so small that the exception support would eat up most of our 2K memory.
16100 * 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.
16101 * We are in a system with tons of legacy code using lots of pointers in difficult-to-understand ways
16102   (in particular without a recognizable ownership strategy) so that exceptions could cause leaks.
16103 * Our implementation of the C++ exception mechanisms is unreasonably poor
16104 (slow, memory consuming, failing to work correctly for dynamically linked libraries, etc.).
16105 Complain to your implementation purveyor; if no user complains, no improvement will happen.
16106 * We get fired if we challenge our manager's ancient wisdom.
16108 Only the first of these reasons is fundamental, so whenever possible, use exceptions to implement RAII, or design your RAII objects to never fail.
16109 When exceptions cannot be used, simulate RAII.
16110 That is, systematically check that objects are valid after construction and still release all resources in the destructor.
16111 One strategy is to add a `valid()` operation to every resource handle:
16113     void f()
16114     {
16115         vector<string> vs(100);   // not std::vector: valid() added
16116         if (!vs.valid()) {
16117             // handle error or exit
16118         }
16120         ifstream fs("foo");   // not std::ifstream: valid() added
16121         if (!fs.valid()) {
16122             // handle error or exit
16123         }
16125         // ...
16126     } // destructors clean up as usual
16128 Obviously, this increases the size of the code, doesn't allow for implicit propagation of "exceptions" (`valid()` checks), and `valid()` checks can be forgotten.
16129 Prefer to use exceptions.
16131 **See also**: [Use of `noexcept`](#Re-noexcept)
16133 ##### Enforcement
16137 ### <a name="Re-precondition"></a>E.7: State your preconditions
16139 ##### Reason
16141 To avoid interface errors.
16143 **See also**: [precondition rule](#Ri-pre)
16145 ### <a name="Re-postcondition"></a>E.8: State your postconditions
16147 ##### Reason
16149 To avoid interface errors.
16151 **See also**: [postcondition rule](#Ri-post)
16153 ### <a name="Re-noexcept"></a>E.12: Use `noexcept` when exiting a function because of a `throw` is impossible or unacceptable
16155 ##### Reason
16157 To make error handling systematic, robust, and efficient.
16159 ##### Example
16161     double compute(double d) noexcept
16162     {
16163         return log(sqrt(d <= 0 ? 1 : d));
16164     }
16166 Here, we know that `compute` will not throw because it is composed out of operations that don't throw.
16167 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`.
16169 ##### Note
16171 Many standard-library functions are `noexcept` including all the standard-library functions "inherited" from the C Standard Library.
16173 ##### Example
16175     vector<double> munge(const vector<double>& v) noexcept
16176     {
16177         vector<double> v2(v.size());
16178         // ... do something ...
16179     }
16181 The `noexcept` here states that I am not willing or able to handle the situation where I cannot construct the local `vector`.
16182 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.
16184 ##### Note
16186 Do not use traditional [exception-specifications](#Re-specifications).
16188 ##### See also
16190 [discussion](#Sd-noexcept).
16192 ### <a name="Re-never-throw"></a>E.13: Never throw while being the direct owner of an object
16194 ##### Reason
16196 That would be a leak.
16198 ##### Example
16200     void leak(int x)   // don't: might leak
16201     {
16202         auto p = new int{7};
16203         if (x < 0) throw Get_me_out_of_here{};  // might leak *p
16204         // ...
16205         delete p;   // we might never get here
16206     }
16208 One way of avoiding such problems is to use resource handles consistently:
16210     void no_leak(int x)
16211     {
16212         auto p = make_unique<int>(7);
16213         if (x < 0) throw Get_me_out_of_here{};  // will delete *p if necessary
16214         // ...
16215         // no need for delete p
16216     }
16218 Another solution (often better) would be to use a local variable to eliminate explicit use of pointers:
16220     void no_leak_simplified(int x)
16221     {
16222         vector<int> v(7);
16223         // ...
16224     }
16226 ##### Note
16228 If you have a local "thing" that requires cleanup, but is not represented by an object with a destructor, such cleanup must
16229 also be done before a `throw`.
16230 Sometimes, [`finally()`](#Re-finally) can make such unsystematic cleanup a bit more manageable.
16232 ### <a name="Re-exception-types"></a>E.14: Use purpose-designed user-defined types as exceptions (not built-in types)
16234 ##### Reason
16236 A user-defined type can better transmit information about an error to a handler.  Information
16237 can be encoded into the type itself and the type is unlikely to clash with other people's exceptions.
16239 ##### Example
16241     throw 7; // bad
16243     throw "something bad";  // bad
16245     throw std::exception{}; // bad - no info
16247 Deriving from `std::exception` gives the flexibility to catch the specific exception or handle generally through `std::exception`:
16249     class MyException : public std::runtime_error
16250     {
16251     public:
16252         MyException(const string& msg) : std::runtime_error{msg} {}
16253         // ...
16254     };
16256     // ...
16258     throw MyException{"something bad"};  // good
16260 Exceptions do not need to be derived from `std::exception`:
16262     class MyCustomError final {};  // not derived from std::exception
16264     // ...
16266     throw MyCustomError{};  // good - handlers must catch this type (or ...)
16268 Library types derived from `std::exception` can be used as generic exceptions if
16269 no useful information can be added at the point of detection:
16271     throw std::runtime_error("someting bad"); // good
16273     // ...
16275     throw std::invalid_argument("i is not even"); // good
16277 `enum` classes are also allowed:
16279     enum class alert {RED, YELLOW, GREEN};
16281     throw alert::RED; // good
16283 ##### Enforcement
16285 Catch `throw` of built-in types and `std::exception`.
16287 ### <a name="Re-exception-ref"></a>E.15: Throw by value, catch exceptions from a hierarchy by reference
16289 ##### Reason
16291 Throwing by value (not by pointer) and catching by reference prevents copying, especially slicing base subobjects.
16293 ##### Example; bad
16295     void f()
16296     {
16297         try {
16298             // ...
16299             throw new widget{}; // don't: throw by value not by raw pointer
16300             // ...
16301         }
16302         catch (base_class e) {  // don't: might slice
16303             // ...
16304         }
16305     }
16307 Instead, use a reference:
16309     catch (base_class& e) { /* ... */ }
16311 or - typically better still - a `const` reference:
16313     catch (const base_class& e) { /* ... */ }
16315 Most handlers do not modify their exception and in general we [recommend use of `const`](#Res-const).
16317 ##### Note
16319 Catch by value can be appropriate for a small value type such as an `enum` value.
16321 ##### Note
16323 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`, when the exception is caught by `catch (const std::exception& e)`) 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.)
16325 ##### Enforcement
16327 * Flag catching by value of a type that has a virtual function.
16328 * Flag throwing raw pointers.
16330 ### <a name="Re-never-fail"></a>E.16: Destructors, deallocation, `swap`, and exception type copy/move construction must never fail
16332 ##### Reason
16334 We don't know how to write reliable programs if a destructor, a swap, a memory deallocation, or attempting to copy/move-construct an exception object fails; that is, if it exits by an exception or simply doesn't perform its required action.
16336 ##### Example, don't
16338     class Connection {
16339         // ...
16340     public:
16341         ~Connection()   // Don't: very bad destructor
16342         {
16343             if (cannot_disconnect()) throw I_give_up{information};
16344             // ...
16345         }
16346     };
16348 ##### Note
16350 Many have tried to write reliable code violating this rule for examples, such as a network connection that "refuses to close".
16351 To the best of our knowledge nobody has found a general way of doing this.
16352 Occasionally, for very specific examples, you can get away with setting some state for future cleanup.
16353 For example, we might put a socket that does not want to close on a "bad socket" list,
16354 to be examined by a regular sweep of the system state.
16355 Every example we have seen of this is error-prone, specialized, and often buggy.
16357 ##### Note
16359 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.
16361 ##### Note
16363 * Deallocation functions, including `operator delete`, must be `noexcept`.
16364 * `swap` functions must be `noexcept`.
16365 * Most destructors are implicitly `noexcept` by default.
16366 * Also, [make move operations `noexcept`](#Rc-move-noexcept).
16367 * If writing a type intended to be used as an exception type, ensure its copy constructor is `noexcept`. In general we cannot mechanically enforce this, because we do not know whether a type is intended to be used as an exception type.
16368 * Try not to `throw` a type whose copy constructor is not `noexcept`. In general we cannot mechanically enforce this, because even `throw std::string(...)` could throw but does not in practice.
16370 ##### Enforcement
16372 * Catch destructors, deallocation operations, and `swap`s that `throw`.
16373 * Catch such operations that are not `noexcept`.
16375 **See also**: [discussion](#Sd-never-fail)
16377 ### <a name="Re-not-always"></a>E.17: Don't try to catch every exception in every function
16379 ##### Reason
16381 Catching an exception in a function that cannot take a meaningful recovery action leads to complexity and waste.
16382 Let an exception propagate until it reaches a function that can handle it.
16383 Let cleanup actions on the unwinding path be handled by [RAII](#Re-raii).
16385 ##### Example, don't
16387     void f()   // bad
16388     {
16389         try {
16390             // ...
16391         }
16392         catch (...) {
16393             // no action
16394             throw;   // propagate exception
16395         }
16396     }
16398 ##### Enforcement
16400 * Flag nested try-blocks.
16401 * Flag source code files with a too high ratio of try-blocks to functions. (??? Problem: define "too high")
16403 ### <a name="Re-catch"></a>E.18: Minimize the use of explicit `try`/`catch`
16405 ##### Reason
16407  `try`/`catch` is verbose and non-trivial uses are error-prone.
16408  `try`/`catch` can be a sign of unsystematic and/or low-level resource management or error handling.
16410 ##### Example, Bad
16412     void f(zstring s)
16413     {
16414         Gadget* p;
16415         try {
16416             p = new Gadget(s);
16417             // ...
16418             delete p;
16419         }
16420         catch (Gadget_construction_failure) {
16421             delete p;
16422             throw;
16423         }
16424     }
16426 This code is messy.
16427 There could be a leak from the naked pointer in the `try` block.
16428 Not all exceptions are handled.
16429 `deleting` an object that failed to construct is almost certainly a mistake.
16430 Better:
16432     void f2(zstring s)
16433     {
16434         Gadget g {s};
16435     }
16437 ##### Alternatives
16439 * proper resource handles and [RAII](#Re-raii)
16440 * [`finally`](#Re-finally)
16442 ##### Enforcement
16444 ??? hard, needs a heuristic
16446 ### <a name="Re-finally"></a>E.19: Use a `final_action` object to express cleanup if no suitable resource handle is available
16448 ##### Reason
16450 `finally` from the [GSL](#gsl-guidelines-support-library) is less verbose and harder to get wrong than `try`/`catch`.
16452 ##### Example
16454     void f(int n)
16455     {
16456         void* p = malloc(n);
16457         auto _ = gsl::finally([p] { free(p); });
16458         // ...
16459     }
16461 ##### Note
16463 `finally` is not as messy as `try`/`catch`, but it is still ad-hoc.
16464 Prefer [proper resource management objects](#Re-raii).
16465 Consider `finally` a last resort.
16467 ##### Note
16469 Use of `finally` is a systematic and reasonably clean alternative to the old [`goto exit;` technique](#Re-no-throw-codes)
16470 for dealing with cleanup where resource management is not systematic.
16472 ##### Enforcement
16474 Heuristic: Detect `goto exit;`
16476 ### <a name="Re-no-throw-raii"></a>E.25: If you can't throw exceptions, simulate RAII for resource management
16478 ##### Reason
16480 Even without exceptions, [RAII](#Re-raii) is usually the best and most systematic way of dealing with resources.
16482 ##### Note
16484 Error handling using exceptions is the only complete and systematic way of handling non-local errors in C++.
16485 In particular, non-intrusively signaling failure to construct an object requires an exception.
16486 Signaling errors in a way that cannot be ignored requires exceptions.
16487 If you can't use exceptions, simulate their use as best you can.
16489 A lot of fear of exceptions is misguided.
16490 When used for exceptional circumstances in code that is not littered with pointers and complicated control structures,
16491 exception handling is almost always affordable (in time and space) and almost always leads to better code.
16492 This, of course, assumes a good implementation of the exception handling mechanisms, which is not available on all systems.
16493 There are also cases where the problems above do not apply, but exceptions cannot be used for other reasons.
16494 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.
16495 In the absence of appropriate time estimation tools, this is hard to guarantee for exceptions.
16496 Such systems (e.g. flight control software) typically also ban the use of dynamic (heap) memory.
16498 So, the primary guideline for error handling is "use exceptions and [RAII](#Re-raii)."
16499 This section deals with the cases where you either do not have an efficient implementation of exceptions,
16500 or have such a rat's nest of old-style code
16501 (e.g., lots of pointers, ill-defined ownership, and lots of unsystematic error handling based on tests of error codes)
16502 that it is infeasible to introduce simple and systematic exception handling.
16504 Before condemning exceptions or complaining too much about their cost, consider examples of the use of [error codes](#Re-no-throw-codes).
16505 Consider the cost and complexity of the use of error codes.
16506 If performance is your worry, measure.
16508 ##### Example
16510 Assume you wanted to write
16512     void func(zstring arg)
16513     {
16514         Gadget g {arg};
16515         // ...
16516     }
16518 If the `gadget` isn't correctly constructed, `func` exits with an exception.
16519 If we cannot throw an exception, we can simulate this RAII style of resource handling by adding a `valid()` member function to `Gadget`:
16521     error_indicator func(zstring arg)
16522     {
16523         Gadget g {arg};
16524         if (!g.valid()) return gadget_construction_error;
16525         // ...
16526         return 0;   // zero indicates "good"
16527     }
16529 The problem is of course that the caller now has to remember to test the return value. To encourage doing so, consider adding a `[[nodiscard]]`.
16531 **See also**: [Discussion](#Sd-???)
16533 ##### Enforcement
16535 Possible (only) for specific versions of this idea: e.g., test for systematic test of `valid()` after resource handle construction
16537 ### <a name="Re-no-throw-crash"></a>E.26: If you can't throw exceptions, consider failing fast
16539 ##### Reason
16541 If you can't do a good job at recovering, at least you can get out before too much consequential damage is done.
16543 **See also**: [Simulating RAII](#Re-no-throw-raii)
16545 ##### Note
16547 If you cannot be systematic about error handling, consider "crashing" as a response to any error that cannot be handled locally.
16548 That is, if you cannot recover from an error in the context of the function that detected it, call `abort()`, `quick_exit()`,
16549 or a similar function that will trigger some sort of system restart.
16551 In systems where you have lots of processes and/or lots of computers, you need to expect and handle fatal crashes anyway,
16552 say from hardware failures.
16553 In such cases, "crashing" is simply leaving error handling to the next level of the system.
16555 ##### Example
16557     void f(int n)
16558     {
16559         // ...
16560         p = static_cast<X*>(malloc(n * sizeof(X)));
16561         if (!p) abort();     // abort if memory is exhausted
16562         // ...
16563     }
16565 Most programs cannot handle memory exhaustion gracefully anyway. This is roughly equivalent to
16567     void f(int n)
16568     {
16569         // ...
16570         p = new X[n];    // throw if memory is exhausted (by default, terminate)
16571         // ...
16572     }
16574 Typically, it is a good idea to log the reason for the "crash" before exiting.
16576 ##### Enforcement
16578 Awkward
16580 ### <a name="Re-no-throw-codes"></a>E.27: If you can't throw exceptions, use error codes systematically
16582 ##### Reason
16584 Systematic use of any error-handling strategy minimizes the chance of forgetting to handle an error.
16586 **See also**: [Simulating RAII](#Re-no-throw-raii)
16588 ##### Note
16590 There are several issues to be addressed:
16592 * How do you transmit an error indicator from out of a function?
16593 * How do you release all resources from a function before doing an error exit?
16594 * What do you use as an error indicator?
16596 In general, returning an error indicator implies returning two values: The result and an error indicator.
16597 The error indicator can be part of the object, e.g. an object can have a `valid()` indicator
16598 or a pair of values can be returned.
16600 ##### Example
16602     Gadget make_gadget(int n)
16603     {
16604         // ...
16605     }
16607     void user()
16608     {
16609         Gadget g = make_gadget(17);
16610         if (!g.valid()) {
16611                 // error handling
16612         }
16613         // ...
16614     }
16616 This approach fits with [simulated RAII resource management](#Re-no-throw-raii).
16617 The `valid()` function could return an `error_indicator` (e.g. a member of an `error_indicator` enumeration).
16619 ##### Example
16621 What if we cannot or do not want to modify the `Gadget` type?
16622 In that case, we must return a pair of values.
16623 For example:
16625     std::pair<Gadget, error_indicator> make_gadget(int n)
16626     {
16627         // ...
16628     }
16630     void user()
16631     {
16632         auto r = make_gadget(17);
16633         if (!r.second) {
16634                 // error handling
16635         }
16636         Gadget& g = r.first;
16637         // ...
16638     }
16640 As shown, `std::pair` is a possible return type.
16641 Some people prefer a specific type.
16642 For example:
16644     Gval make_gadget(int n)
16645     {
16646         // ...
16647     }
16649     void user()
16650     {
16651         auto r = make_gadget(17);
16652         if (!r.err) {
16653                 // error handling
16654         }
16655         Gadget& g = r.val;
16656         // ...
16657     }
16659 One reason to prefer a specific return type is to have names for its members, rather than the somewhat cryptic `first` and `second`
16660 and to avoid confusion with other uses of `std::pair`.
16662 ##### Example
16664 In general, you must clean up before an error exit.
16665 This can be messy:
16667     std::pair<int, error_indicator> user()
16668     {
16669         Gadget g1 = make_gadget(17);
16670         if (!g1.valid()) {
16671             return {0, g1_error};
16672         }
16674         Gadget g2 = make_gadget(31);
16675         if (!g2.valid()) {
16676             cleanup(g1);
16677             return {0, g2_error};
16678         }
16680         // ...
16682         if (all_foobar(g1, g2)) {
16683             cleanup(g2);
16684             cleanup(g1);
16685             return {0, foobar_error};
16686         }
16688         // ...
16690         cleanup(g2);
16691         cleanup(g1);
16692         return {res, 0};
16693     }
16695 Simulating RAII can be non-trivial, especially in functions with multiple resources and multiple possible errors.
16696 A not uncommon technique is to gather cleanup at the end of the function to avoid repetition (note that the extra scope around `g2` is undesirable but necessary to make the `goto` version compile):
16698     std::pair<int, error_indicator> user()
16699     {
16700         error_indicator err = 0;
16701         int res = 0;
16703         Gadget g1 = make_gadget(17);
16704         if (!g1.valid()) {
16705             err = g1_error;
16706             goto g1_exit;
16707         }
16709         {
16710             Gadget g2 = make_gadget(31);
16711             if (!g2.valid()) {
16712                 err = g2_error;
16713                 goto g2_exit;
16714             }
16716             if (all_foobar(g1, g2)) {
16717                 err = foobar_error;
16718                 goto g2_exit;
16719             }
16721             // ...
16723         g2_exit:
16724             if (g2.valid()) cleanup(g2);
16725         }
16727     g1_exit:
16728         if (g1.valid()) cleanup(g1);
16729         return {res, err};
16730     }
16732 The larger the function, the more tempting this technique becomes.
16733 `finally` can [ease the pain a bit](#Re-finally).
16734 Also, the larger the program becomes the harder it is to apply an error-indicator-based error-handling strategy systematically.
16736 We [prefer exception-based error handling](#Re-throw) and recommend [keeping functions short](#Rf-single).
16738 **See also**: [Discussion](#Sd-???)
16740 **See also**: [Returning multiple values](#Rf-out-multi)
16742 ##### Enforcement
16744 Awkward.
16746 ### <a name="Re-no-throw"></a>E.28: Avoid error handling based on global state (e.g. `errno`)
16748 ##### Reason
16750 Global state is hard to manage and it is easy to forget to check it.
16751 When did you last test the return value of `printf()`?
16753 **See also**: [Simulating RAII](#Re-no-throw-raii)
16755 ##### Example, bad
16757     int last_err;
16759     void f(int n)
16760     {
16761         // ...
16762         p = static_cast<X*>(malloc(n * sizeof(X)));
16763         if (!p) last_err = -1;     // error if memory is exhausted
16764         // ...
16765     }
16767 ##### Note
16769 C-style error handling is based on the global variable `errno`, so it is essentially impossible to avoid this style completely.
16771 ##### Enforcement
16773 Awkward.
16776 ### <a name="Re-specifications"></a>E.30: Don't use exception specifications
16778 ##### Reason
16780 Exception specifications make error handling brittle, impose a run-time cost, and have been removed from the C++ standard.
16782 ##### Example
16784     int use(int arg)
16785         throw(X, Y)
16786     {
16787         // ...
16788         auto x = f(arg);
16789         // ...
16790     }
16792 If `f()` throws an exception different from `X` and `Y` the unexpected handler is invoked, which by default terminates.
16793 That's OK, but say that we have checked that this cannot happen and `f` is changed to throw a new exception `Z`,
16794 we now have a crash on our hands unless we change `use()` (and re-test everything).
16795 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
16796 anything about or is in any way interested in.
16797 We can change `use()` to pass `Z` through, but now `use()`'s callers probably need to be modified.
16798 This quickly becomes unmanageable.
16799 Alternatively, we can add a `try`-`catch` to `use()` to map `Z` into an acceptable exception.
16800 This too, quickly becomes unmanageable.
16801 Note that changes to the set of exceptions often happens at the lowest level of a system
16802 (e.g., because of changes to a network library or some middleware), so changes "bubble up" through long call chains.
16803 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.
16804 If `use()` is part of a library, it might not be possible to update it because a change could affect unknown clients.
16806 The policy of letting exceptions propagate until they reach a function that potentially can handle it has proven itself over the years.
16808 ##### Note
16810 No. This would not be any better had exception specifications been statically enforced.
16811 For example, see [Stroustrup94](#Stroustrup94).
16813 ##### Note
16815 If no exception can be thrown, use [`noexcept`](#Re-noexcept).
16817 ##### Enforcement
16819 Flag every exception specification.
16821 ### <a name="Re_catch"></a>E.31: Properly order your `catch`-clauses
16823 ##### Reason
16825 `catch`-clauses are evaluated in the order they appear and one clause can hide another.
16827 ##### Example, bad
16829     void f()
16830     {
16831         // ...
16832         try {
16833                 // ...
16834         }
16835         catch (Base& b) { /* ... */ }
16836         catch (Derived& d) { /* ... */ }
16837         catch (...) { /* ... */ }
16838         catch (std::exception& e) { /* ... */ }
16839     }
16841 If `Derived`is derived from `Base` the `Derived`-handler will never be invoked.
16842 The "catch everything" handler ensured that the `std::exception`-handler will never be invoked.
16844 ##### Enforcement
16846 Flag all "hiding handlers".
16848 # <a name="S-const"></a>Con: Constants and immutability
16850 You can't have a race condition on a constant.
16851 It is easier to reason about a program when many of the objects cannot change their values.
16852 Interfaces that promise "no change" of objects passed as arguments greatly increase readability.
16854 Constant rule summary:
16856 * [Con.1: By default, make objects immutable](#Rconst-immutable)
16857 * [Con.2: By default, make member functions `const`](#Rconst-fct)
16858 * [Con.3: By default, pass pointers and references to `const`s](#Rconst-ref)
16859 * [Con.4: Use `const` to define objects with values that do not change after construction](#Rconst-const)
16860 * [Con.5: Use `constexpr` for values that can be computed at compile time](#Rconst-constexpr)
16862 ### <a name="Rconst-immutable"></a>Con.1: By default, make objects immutable
16864 ##### Reason
16866 Immutable objects are easier to reason about, so make objects non-`const` only when there is a need to change their value.
16867 Prevents accidental or hard-to-notice change of value.
16869 ##### Example
16871     for (const int i : c) cout << i << '\n';    // just reading: const
16873     for (int i : c) cout << i << '\n';          // BAD: just reading
16875 ##### Exceptions
16877 A local variable that is returned by value and is cheaper to move than copy should not be declared `const`
16878 because it can force an unnecessary copy.
16880     std::vector<int> f(int i)
16881     {
16882         std::vector<int> v{ i, i, i };  // const not needed
16883         return v;
16884     }
16886 Function parameters passed by value are rarely mutated, but also rarely declared `const`.
16887 To avoid confusion and lots of false positives, don't enforce this rule for function parameters.
16889     void g(const int i) { ... }  // pedantic
16891 Note that a function parameter is a local variable so changes to it are local.
16893 ##### Enforcement
16895 * Flag non-`const` variables that are not modified (except for parameters to avoid many false positives
16896 and returned local variables)
16898 ### <a name="Rconst-fct"></a>Con.2: By default, make member functions `const`
16900 ##### Reason
16902 A member function should be marked `const` unless it changes the object's observable state.
16903 This gives a more precise statement of design intent, better readability, more errors caught by the compiler, and sometimes more optimization opportunities.
16905 ##### Example, bad
16907     class Point {
16908         int x, y;
16909     public:
16910         int getx() { return x; }    // BAD, should be const as it doesn't modify the object's state
16911         // ...
16912     };
16914     void f(const Point& pt)
16915     {
16916         int x = pt.getx();          // ERROR, doesn't compile because getx was not marked const
16917     }
16919 ##### Note
16921 It is not inherently bad to pass a pointer or reference to non-`const`,
16922 but that should be done only when the called function is supposed to modify the object.
16923 A reader of code must assume that a function that takes a "plain" `T*` or `T&` will modify the object referred to.
16924 If it doesn't now, it might do so later without forcing recompilation.
16926 ##### Note
16928 There are code/libraries that offer functions that declare a `T*` even though
16929 those functions do not modify that `T`.
16930 This is a problem for people modernizing code.
16931 You can
16933 * update the library to be `const`-correct; preferred long-term solution
16934 * "cast away `const`"; [best avoided](#Res-casts-const)
16935 * provide a wrapper function
16937 Example:
16939     void f(int* p);   // old code: f() does not modify `*p`
16940     void f(const int* p) { f(const_cast<int*>(p)); } // wrapper
16942 Note that this wrapper solution is a patch that should be used only when the declaration of `f()` cannot be modified,
16943 e.g. because it is in a library that you cannot modify.
16945 ##### Note
16947 A `const` member function can modify the value of an object that is `mutable` or accessed through a pointer member.
16948 A common use is to maintain a cache rather than repeatedly do a complicated computation.
16949 For example, here is a `Date` that caches (memoizes) its string representation to simplify repeated uses:
16951     class Date {
16952     public:
16953         // ...
16954         const string& string_ref() const
16955         {
16956             if (string_val == "") compute_string_rep();
16957             return string_val;
16958         }
16959         // ...
16960     private:
16961         void compute_string_rep() const;    // compute string representation and place it in string_val
16962         mutable string string_val;
16963         // ...
16964     };
16966 Another way of saying this is that `const`ness is not transitive.
16967 It is possible for a `const` member function to change the value of `mutable` members and the value of objects accessed
16968 through non-`const` pointers.
16969 It is the job of the class to ensure such mutation is done only when it makes sense according to the semantics (invariants)
16970 it offers to its users.
16972 **See also**: [Pimpl](#Ri-pimpl)
16974 ##### Enforcement
16976 * Flag a member function that is not marked `const`, but that does not perform a non-`const` operation on any data member.
16978 ### <a name="Rconst-ref"></a>Con.3: By default, pass pointers and references to `const`s
16980 ##### Reason
16982  To avoid a called function unexpectedly changing the value.
16983  It's far easier to reason about programs when called functions don't modify state.
16985 ##### Example
16987     void f(char* p);        // does f modify *p? (assume it does)
16988     void g(const char* p);  // g does not modify *p
16990 ##### Note
16992 It is not inherently bad to pass a pointer or reference to non-`const`,
16993 but that should be done only when the called function is supposed to modify the object.
16995 ##### Note
16997 [Do not cast away `const`](#Res-casts-const).
16999 ##### Enforcement
17001 * Flag a function that does not modify an object passed by pointer or reference to non-`const`
17002 * Flag a function that (using a cast) modifies an object passed by pointer or reference to `const`
17004 ### <a name="Rconst-const"></a>Con.4: Use `const` to define objects with values that do not change after construction
17006 ##### Reason
17008  Prevent surprises from unexpectedly changed object values.
17010 ##### Example
17012     void f()
17013     {
17014         int x = 7;
17015         const int y = 9;
17017         for (;;) {
17018             // ...
17019         }
17020         // ...
17021     }
17023 As `x` is not `const`, we must assume that it is modified somewhere in the loop.
17025 ##### Enforcement
17027 * Flag unmodified non-`const` variables.
17029 ### <a name="Rconst-constexpr"></a>Con.5: Use `constexpr` for values that can be computed at compile time
17031 ##### Reason
17033 Better performance, better compile-time checking, guaranteed compile-time evaluation, no possibility of race conditions.
17035 ##### Example
17037     double x = f(2);            // possible run-time evaluation
17038     const double y = f(2);      // possible run-time evaluation
17039     constexpr double z = f(2);  // error unless f(2) can be evaluated at compile time
17041 ##### Note
17043 See F.4.
17045 ##### Enforcement
17047 * Flag `const` definitions with constant expression initializers.
17049 # <a name="S-templates"></a>T: Templates and generic programming
17051 Generic programming is programming using types and algorithms parameterized by types, values, and algorithms.
17052 In C++, generic programming is supported by the `template` language mechanisms.
17054 Arguments to generic functions are characterized by sets of requirements on the argument types and values involved.
17055 In C++, these requirements are expressed by compile-time predicates called concepts.
17057 Templates can also be used for meta-programming; that is, programs that compose code at compile time.
17059 A central notion in generic programming is "concepts"; that is, requirements on template arguments presented as compile-time predicates.
17060 "Concepts" were standardized in C++20, although they were first made available, in slightly older syntax, in GCC 6.1.
17062 Template use rule summary:
17064 * [T.1: Use templates to raise the level of abstraction of code](#Rt-raise)
17065 * [T.2: Use templates to express algorithms that apply to many argument types](#Rt-algo)
17066 * [T.3: Use templates to express containers and ranges](#Rt-cont)
17067 * [T.4: Use templates to express syntax tree manipulation](#Rt-expr)
17068 * [T.5: Combine generic and OO techniques to amplify their strengths, not their costs](#Rt-generic-oo)
17070 Concept use rule summary:
17072 * [T.10: Specify concepts for all template arguments](#Rt-concepts)
17073 * [T.11: Whenever possible use standard concepts](#Rt-std-concepts)
17074 * [T.12: Prefer concept names over `auto` for local variables](#Rt-auto)
17075 * [T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts](#Rt-shorthand)
17076 * ???
17078 Concept definition rule summary:
17080 * [T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics](#Rt-low)
17081 * [T.21: Require a complete set of operations for a concept](#Rt-complete)
17082 * [T.22: Specify axioms for concepts](#Rt-axiom)
17083 * [T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns](#Rt-refine)
17084 * [T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics](#Rt-tag)
17085 * [T.25: Avoid complementary constraints](#Rt-not)
17086 * [T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax](#Rt-use)
17087 * [T.30: Use concept negation (`!C<T>`) sparingly to express a minor difference](#Rt-???)
17088 * [T.31: Use concept disjunction (`C1<T> || C2<T>`) sparingly to express alternatives](#Rt-???)
17089 * ???
17091 Template interface rule summary:
17093 * [T.40: Use function objects to pass operations to algorithms](#Rt-fo)
17094 * [T.41: Require only essential properties in a template's concepts](#Rt-essential)
17095 * [T.42: Use template aliases to simplify notation and hide implementation details](#Rt-alias)
17096 * [T.43: Prefer `using` over `typedef` for defining aliases](#Rt-using)
17097 * [T.44: Use function templates to deduce class template argument types (where feasible)](#Rt-deduce)
17098 * [T.46: Require template arguments to be at least semiregular](#Rt-regular)
17099 * [T.47: Avoid highly visible unconstrained templates with common names](#Rt-visible)
17100 * [T.48: If your compiler does not support concepts, fake them with `enable_if`](#Rt-concept-def)
17101 * [T.49: Where possible, avoid type-erasure](#Rt-erasure)
17103 Template definition rule summary:
17105 * [T.60: Minimize a template's context dependencies](#Rt-depend)
17106 * [T.61: Do not over-parameterize members (SCARY)](#Rt-scary)
17107 * [T.62: Place non-dependent class template members in a non-templated base class](#Rt-nondependent)
17108 * [T.64: Use specialization to provide alternative implementations of class templates](#Rt-specialization)
17109 * [T.65: Use tag dispatch to provide alternative implementations of functions](#Rt-tag-dispatch)
17110 * [T.67: Use specialization to provide alternative implementations for irregular types](#Rt-specialization2)
17111 * [T.68: Use `{}` rather than `()` within templates to avoid ambiguities](#Rt-cast)
17112 * [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)
17114 Template and hierarchy rule summary:
17116 * [T.80: Do not naively templatize a class hierarchy](#Rt-hier)
17117 * [T.81: Do not mix hierarchies and arrays](#Rt-array) // ??? somewhere in "hierarchies"
17118 * [T.82: Linearize a hierarchy when virtual functions are undesirable](#Rt-linear)
17119 * [T.83: Do not declare a member function template virtual](#Rt-virtual)
17120 * [T.84: Use a non-template core implementation to provide an ABI-stable interface](#Rt-abi)
17121 * [T.??: ????](#Rt-???)
17123 Variadic template rule summary:
17125 * [T.100: Use variadic templates when you need a function that takes a variable number of arguments of a variety of types](#Rt-variadic)
17126 * [T.101: ??? How to pass arguments to a variadic template ???](#Rt-variadic-pass)
17127 * [T.102: ??? How to process arguments to a variadic template ???](#Rt-variadic-process)
17128 * [T.103: Don't use variadic templates for homogeneous argument lists](#Rt-variadic-not)
17129 * [T.??: ????](#Rt-???)
17131 Metaprogramming rule summary:
17133 * [T.120: Use template metaprogramming only when you really need to](#Rt-metameta)
17134 * [T.121: Use template metaprogramming primarily to emulate concepts](#Rt-emulate)
17135 * [T.122: Use templates (usually template aliases) to compute types at compile time](#Rt-tmp)
17136 * [T.123: Use `constexpr` functions to compute values at compile time](#Rt-fct)
17137 * [T.124: Prefer to use standard-library TMP facilities](#Rt-std-tmp)
17138 * [T.125: If you need to go beyond the standard-library TMP facilities, use an existing library](#Rt-lib)
17139 * [T.??: ????](#Rt-???)
17141 Other template rules summary:
17143 * [T.140: If an operation can be reused, give it a name](#Rt-name)
17144 * [T.141: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only](#Rt-lambda)
17145 * [T.142: Use template variables to simplify notation](#Rt-var)
17146 * [T.143: Don't write unintentionally non-generic code](#Rt-non-generic)
17147 * [T.144: Don't specialize function templates](#Rt-specialize-function)
17148 * [T.150: Check that a class matches a concept using `static_assert`](#Rt-check-class)
17149 * [T.??: ????](#Rt-???)
17151 ## <a name="SS-GP"></a>T.gp: Generic programming
17153 Generic programming is programming using types and algorithms parameterized by types, values, and algorithms.
17155 ### <a name="Rt-raise"></a>T.1: Use templates to raise the level of abstraction of code
17157 ##### Reason
17159 Generality. Reuse. Efficiency. Encourages consistent definition of user types.
17161 ##### Example, bad
17163 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":
17165     template<typename T>
17166         requires Incrementable<T>
17167     T sum1(vector<T>& v, T s)
17168     {
17169         for (auto x : v) s += x;
17170         return s;
17171     }
17173     template<typename T>
17174         requires Simple_number<T>
17175     T sum2(vector<T>& v, T s)
17176     {
17177         for (auto x : v) s = s + x;
17178         return s;
17179     }
17181 Assuming that `Incrementable` does not support `+` and `Simple_number` does not support `+=`, we have overconstrained implementers of `sum1` and `sum2`.
17182 And, in this case, missed an opportunity for a generalization.
17184 ##### Example
17186     template<typename T>
17187         requires Arithmetic<T>
17188     T sum(vector<T>& v, T s)
17189     {
17190         for (auto x : v) s += x;
17191         return s;
17192     }
17194 Assuming that `Arithmetic` requires both `+` and `+=`, we have constrained the user of `sum` to provide a complete arithmetic type.
17195 That is not a minimal requirement, but it gives the implementer of algorithms much needed freedom and ensures that any `Arithmetic` type
17196 can be used for a wide variety of algorithms.
17198 For additional generality and reusability, we could also use a more general `Container` or `Range` concept instead of committing to only one container, `vector`.
17200 ##### Note
17202 If we define a template to require exactly the operations required for a single implementation of a single algorithm
17203 (e.g., requiring just `+=` rather than also `=` and `+`) and only those, we have overconstrained maintainers.
17204 We aim to minimize requirements on template arguments, but the absolutely minimal requirements of an implementation is rarely a meaningful concept.
17206 ##### Note
17208 Templates can be used to express essentially everything (they are Turing complete), but the aim of generic programming (as expressed using templates)
17209 is to efficiently generalize operations/algorithms over a set of types with similar semantic properties.
17211 ##### Enforcement
17213 * Flag algorithms with "overly simple" requirements, such as direct use of specific operators without a concept.
17214 * Do not flag the definition of the "overly simple" concepts themselves; they might simply be building blocks for more useful concepts.
17216 ### <a name="Rt-algo"></a>T.2: Use templates to express algorithms that apply to many argument types
17218 ##### Reason
17220 Generality. Minimizing the amount of source code. Interoperability. Reuse.
17222 ##### Example
17224 That's the foundation of the STL. A single `find` algorithm easily works with any kind of input range:
17226     template<typename Iter, typename Val>
17227         // requires Input_iterator<Iter>
17228         //       && Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
17229     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
17230     {
17231         // ...
17232     }
17234 ##### Note
17236 Don't use a template unless you have a realistic need for more than one template argument type.
17237 Don't overabstract.
17239 ##### Enforcement
17241 ??? tough, probably needs a human
17243 ### <a name="Rt-cont"></a>T.3: Use templates to express containers and ranges
17245 ##### Reason
17247 Containers need an element type, and expressing that as a template argument is general, reusable, and type safe.
17248 It also avoids brittle or inefficient workarounds. Convention: That's the way the STL does it.
17250 ##### Example
17252     template<typename T>
17253         // requires Regular<T>
17254     class Vector {
17255         // ...
17256         T* elem;   // points to sz Ts
17257         int sz;
17258     };
17260     Vector<double> v(10);
17261     v[7] = 9.9;
17263 ##### Example, bad
17265     class Container {
17266         // ...
17267         void* elem;   // points to size elements of some type
17268         int sz;
17269     };
17271     Container c(10, sizeof(double));
17272     ((double*) c.elem)[7] = 9.9;
17274 This doesn't directly express the intent of the programmer and hides the structure of the program from the type system and optimizer.
17276 Hiding the `void*` behind macros simply obscures the problems and introduces new opportunities for confusion.
17278 **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.
17279 See [Stable base](#Rt-abi).
17281 ##### Enforcement
17283 * Flag uses of `void*`s and casts outside low-level implementation code
17285 ### <a name="Rt-expr"></a>T.4: Use templates to express syntax tree manipulation
17287 ##### Reason
17289  ???
17291 ##### Example
17293     ???
17295 **Exceptions**: ???
17297 ### <a name="Rt-generic-oo"></a>T.5: Combine generic and OO techniques to amplify their strengths, not their costs
17299 ##### Reason
17301 Generic and OO techniques are complementary.
17303 ##### Example
17305 Static helps dynamic: Use static polymorphism to implement dynamically polymorphic interfaces.
17307     class Command {
17308         // pure virtual functions
17309     };
17311     // implementations
17312     template</*...*/>
17313     class ConcreteCommand : public Command {
17314         // implement virtuals
17315     };
17317 ##### Example
17319 Dynamic helps static: Offer a generic, comfortable, statically bound interface, but internally dispatch dynamically, so you offer a uniform object layout.
17320 Examples include type erasure as with `std::shared_ptr`'s deleter (but [don't overuse type erasure](#Rt-erasure)).
17322     #include <memory>
17324     class Object {
17325     public:
17326         template<typename T>
17327         Object(T&& obj)
17328             : concept_(std::make_shared<ConcreteCommand<T>>(std::forward<T>(obj))) {}
17330         int get_id() const { return concept_->get_id(); }
17332     private:
17333         struct Command {
17334             virtual ~Command() {}
17335             virtual int get_id() const = 0;
17336         };
17338         template<typename T>
17339         struct ConcreteCommand final : Command {
17340             ConcreteCommand(T&& obj) noexcept : object_(std::forward<T>(obj)) {}
17341             int get_id() const final { return object_.get_id(); }
17343         private:
17344             T object_;
17345         };
17347         std::shared_ptr<Command> concept_;
17348     };
17350     class Bar {
17351     public:
17352         int get_id() const { return 1; }
17353     };
17355     struct Foo {
17356     public:
17357         int get_id() const { return 2; }
17358     };
17360     Object o(Bar{});
17361     Object o2(Foo{});
17363 ##### Note
17365 In a class template, non-virtual functions are only instantiated if they're used -- but virtual functions are instantiated every time.
17366 This can bloat code size, and might overconstrain a generic type by instantiating functionality that is never needed.
17367 Avoid this, even though the standard-library facets made this mistake.
17369 ##### See also
17371 * ref ???
17372 * ref ???
17373 * ref ???
17375 ##### Enforcement
17377 See the reference to more specific rules.
17379 ## <a name="SS-concepts"></a>T.concepts: Concept rules
17381 Concepts is a C++20 facility for specifying requirements for template arguments.
17382 They are crucial in the thinking about generic programming and the basis of much work on future C++ libraries
17383 (standard and other).
17385 This section assumes concept support
17387 Concept use rule summary:
17389 * [T.10: Specify concepts for all template arguments](#Rt-concepts)
17390 * [T.11: Whenever possible use standard concepts](#Rt-std-concepts)
17391 * [T.12: Prefer concept names over `auto`](#Rt-auto)
17392 * [T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts](#Rt-shorthand)
17393 * ???
17395 Concept definition rule summary:
17397 * [T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics](#Rt-low)
17398 * [T.21: Require a complete set of operations for a concept](#Rt-complete)
17399 * [T.22: Specify axioms for concepts](#Rt-axiom)
17400 * [T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns](#Rt-refine)
17401 * [T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics](#Rt-tag)
17402 * [T.25: Avoid complimentary constraints](#Rt-not)
17403 * [T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax](#Rt-use)
17404 * ???
17406 ## <a name="SS-concept-use"></a>T.con-use: Concept use
17408 ### <a name="Rt-concepts"></a>T.10: Specify concepts for all template arguments
17410 ##### Reason
17412 Correctness and readability.
17413 The assumed meaning (syntax and semantics) of a template argument is fundamental to the interface of a template.
17414 A concept dramatically improves documentation and error handling for the template.
17415 Specifying concepts for template arguments is a powerful design tool.
17417 ##### Example
17419     template<typename Iter, typename Val>
17420         requires input_iterator<Iter>
17421                  && equality_comparable_with<iter_value_t<Iter>, Val>
17422     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
17423     {
17424         // ...
17425     }
17427 or equivalently and more succinctly:
17429     template<input_iterator Iter, typename Val>
17430         requires equality_comparable_with<iter_value_t<Iter>, Val>
17431     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
17432     {
17433         // ...
17434     }
17436 ##### Note
17438 Plain `typename` (or `auto`) is the least constraining concept.
17439 It should be used only rarely when nothing more than "it's a type" can be assumed.
17440 This is typically only needed when (as part of template metaprogramming code) we manipulate pure expression trees, postponing type checking.
17442 **References**: TC++PL4
17444 ##### Enforcement
17446 Flag template type arguments without concepts
17448 ### <a name="Rt-std-concepts"></a>T.11: Whenever possible use standard concepts
17450 ##### Reason
17452  "Standard" concepts (as provided by the [GSL](#gsl-guidelines-support-library) and the ISO standard itself)
17453 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.
17455 ##### Note
17457 Unless you are creating a new generic library, most of the concepts you need will already be defined by the standard library.
17459 ##### Example
17461     template<typename T>
17462         // don't define this: sortable is in <iterator>
17463     concept Ordered_container = Sequence<T> && Random_access<Iterator<T>> && Ordered<Value_type<T>>;
17465     void sort(Ordered_container auto& s);
17467 This `Ordered_container` is quite plausible, but it is very similar to the `sortable` concept in the standard library.
17468 Is it better? Is it right? Does it accurately reflect the standard's requirements for `sort`?
17469 It is better and simpler just to use `sortable`:
17471     void sort(sortable auto& s);   // better
17473 ##### Note
17475 The set of "standard" concepts is evolving as we approach an ISO standard including concepts.
17477 ##### Note
17479 Designing a useful concept is challenging.
17481 ##### Enforcement
17483 Hard.
17485 * Look for unconstrained arguments, templates that use "unusual"/non-standard concepts, templates that use "homebrew" concepts without axioms.
17486 * Develop a concept-discovery tool (e.g., see [an early experiment](http://www.stroustrup.com/sle2010_webversion.pdf)).
17488 ### <a name="Rt-auto"></a>T.12: Prefer concept names over `auto` for local variables
17490 ##### Reason
17492  `auto` is the weakest concept. Concept names convey more meaning than just `auto`.
17494 ##### Example
17496     vector<string> v{ "abc", "xyz" };
17497     auto& x = v.front();        // bad
17498     String auto& s = v.front(); // good (String is a GSL concept)
17500 ##### Enforcement
17502 * ???
17504 ### <a name="Rt-shorthand"></a>T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts
17506 ##### Reason
17508 Readability. Direct expression of an idea.
17510 ##### Example
17512 To say "`T` is `sortable`":
17514     template<typename T>       // Correct but verbose: "The parameter is
17515         requires sortable<T>   // of type T which is the name of a type
17516     void sort(T&);             // that is sortable"
17518     template<sortable T>       // Better: "The parameter is of type T
17519     void sort(T&);             // which is Sortable"
17521     void sort(sortable auto&); // Best: "The parameter is Sortable"
17523 The shorter versions better match the way we speak. Note that many templates don't need to use the `template` keyword.
17525 ##### Enforcement
17527 * Not feasible in the short term when people convert from the `<typename T>` and `<class T`> notation.
17528 * Later, flag declarations that first introduce a typename and then constrain it with a simple, single-type-argument concept.
17530 ## <a name="SS-concepts-def"></a>T.concepts.def: Concept definition rules
17532 Defining good concepts is non-trivial.
17533 Concepts are meant to represent fundamental concepts in an application domain (hence the name "concepts").
17534 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
17535 and will not give the full benefits of the mechanism.
17537 Obviously, defining concepts is most useful for code that can use an implementation (e.g., C++20 or later)
17538 but defining concepts is in itself a useful design technique and help catch conceptual errors and clean up the concepts (sic!) of an implementation.
17540 ### <a name="Rt-low"></a>T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics
17542 ##### Reason
17544 Concepts are meant to express semantic notions, such as "a number", "a range" of elements, and "totally ordered."
17545 Simple constraints, such as "has a `+` operator" and "has a `>` operator" cannot be meaningfully specified in isolation
17546 and should be used only as building blocks for meaningful concepts, rather than in user code.
17548 ##### Example, bad
17550     template<typename T>
17551     // bad; insufficient
17552     concept Addable = requires(T a, T b) { a + b; };
17554     template<Addable N>
17555     auto algo(const N& a, const N& b) // use two numbers
17556     {
17557         // ...
17558         return a + b;
17559     }
17561     int x = 7;
17562     int y = 9;
17563     auto z = algo(x, y);   // z = 16
17565     string xx = "7";
17566     string yy = "9";
17567     auto zz = algo(xx, yy);   // zz = "79"
17569 Maybe the concatenation was expected. More likely, it was an accident. Defining minus equivalently would give dramatically different sets of accepted types.
17570 This `Addable` violates the mathematical rule that addition is supposed to be commutative: `a+b == b+a`.
17572 ##### Note
17574 The ability to specify meaningful semantics is a defining characteristic of a true concept, as opposed to a syntactic constraint.
17576 ##### Example
17578     template<typename T>
17579     // The operators +, -, *, and / for a number are assumed to follow the usual mathematical rules
17580     concept Number = requires(T a, T b) { a + b; a - b; a * b; a / b; };
17582     template<Number N>
17583     auto algo(const N& a, const N& b)
17584     {
17585         // ...
17586         return a + b;
17587     }
17589     int x = 7;
17590     int y = 9;
17591     auto z = algo(x, y);   // z = 16
17593     string xx = "7";
17594     string yy = "9";
17595     auto zz = algo(xx, yy);   // error: string is not a Number
17597 ##### Note
17599 Concepts with multiple operations have far lower chance of accidentally matching a type than a single-operation concept.
17601 ##### Enforcement
17603 * Flag single-operation `concepts` when used outside the definition of other `concepts`.
17604 * Flag uses of `enable_if` that appear to simulate single-operation `concepts`.
17607 ### <a name="Rt-complete"></a>T.21: Require a complete set of operations for a concept
17609 ##### Reason
17611 Ease of comprehension.
17612 Improved interoperability.
17613 Helps implementers and maintainers.
17615 ##### Note
17617 This is a specific variant of the general rule that [a concept must make semantic sense](#Rt-low).
17619 ##### Example, bad
17621     template<typename T> concept Subtractable = requires(T a, T b) { a - b; };
17623 This makes no semantic sense.
17624 You need at least `+` to make `-` meaningful and useful.
17626 Examples of complete sets are
17628 * `Arithmetic`: `+`, `-`, `*`, `/`, `+=`, `-=`, `*=`, `/=`
17629 * `Comparable`: `<`, `>`, `<=`, `>=`, `==`, `!=`
17631 ##### Note
17633 This rule applies whether we use direct language support for concepts or not.
17634 It is a general design rule that even applies to non-templates:
17636     class Minimal {
17637         // ...
17638     };
17640     bool operator==(const Minimal&, const Minimal&);
17641     bool operator<(const Minimal&, const Minimal&);
17643     Minimal operator+(const Minimal&, const Minimal&);
17644     // no other operators
17646     void f(const Minimal& x, const Minimal& y)
17647     {
17648         if (!(x == y)) { /* ... */ }    // OK
17649         if (x != y) { /* ... */ }       // surprise! error
17651         while (!(x < y)) { /* ... */ }  // OK
17652         while (x >= y) { /* ... */ }    // surprise! error
17654         x = x + y;          // OK
17655         x += y;             // surprise! error
17656     }
17658 This is minimal, but surprising and constraining for users.
17659 It could even be less efficient.
17661 The rule supports the view that a concept should reflect a (mathematically) coherent set of operations.
17663 ##### Example
17665     class Convenient {
17666         // ...
17667     };
17669     bool operator==(const Convenient&, const Convenient&);
17670     bool operator<(const Convenient&, const Convenient&);
17671     // ... and the other comparison operators ...
17673     Convenient operator+(const Convenient&, const Convenient&);
17674     // ... and the other arithmetic operators ...
17676     void f(const Convenient& x, const Convenient& y)
17677     {
17678         if (!(x == y)) { /* ... */ }    // OK
17679         if (x != y) { /* ... */ }       // OK
17681         while (!(x < y)) { /* ... */ }  // OK
17682         while (x >= y) { /* ... */ }    // OK
17684         x = x + y;     // OK
17685         x += y;        // OK
17686     }
17688 It can be a nuisance to define all operators, but not hard.
17689 Ideally, that rule should be language supported by giving you comparison operators by default.
17691 ##### Enforcement
17693 * Flag classes that support "odd" subsets of a set of operators, e.g., `==` but not `!=` or `+` but not `-`.
17694   Yes, `std::string` is "odd", but it's too late to change that.
17697 ### <a name="Rt-axiom"></a>T.22: Specify axioms for concepts
17699 ##### Reason
17701 A meaningful/useful concept has a semantic meaning.
17702 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.
17703 Specifying semantics is a powerful design tool.
17705 ##### Example
17707     template<typename T>
17708         // The operators +, -, *, and / for a number are assumed to follow the usual mathematical rules
17709         // axiom(T a, T b) { a + b == b + a; a - a == 0; a * (b + c) == a * b + a * c; /*...*/ }
17710         concept Number = requires(T a, T b) {
17711             { a + b } -> convertible_to<T>;
17712             { a - b } -> convertible_to<T>;
17713             { a * b } -> convertible_to<T>;
17714             { a / b } -> convertible_to<T>;
17715         };
17717 ##### Note
17719 This is an axiom in the mathematical sense: something that can be assumed without proof.
17720 In general, axioms are not provable, and when they are the proof is often beyond the capability of a compiler.
17721 An axiom might not be general, but the template writer can assume that it holds for all inputs actually used (similar to a precondition).
17723 ##### Note
17725 In this context axioms are Boolean expressions.
17726 See the [Palo Alto TR](#S-references) for examples.
17727 Currently, C++ does not support axioms (even the ISO Concepts TS), so we have to make do with comments for a longish while.
17728 Once language support is available, the `//` in front of the axiom can be removed
17730 ##### Note
17732 The GSL concepts have well-defined semantics; see the Palo Alto TR and the Ranges TS.
17734 ##### Exception
17736 Early versions of a new "concept" still under development will often just define simple sets of constraints without a well-specified semantics.
17737 Finding good semantics can take effort and time.
17738 An incomplete set of constraints can still be very useful:
17740     // balancer for a generic binary tree
17741     template<typename Node> concept Balancer = requires(Node* p) {
17742         add_fixup(p);
17743         touch(p);
17744         detach(p);
17745     };
17747 So a `Balancer` must supply at least these operations on a tree `Node`,
17748 but we are not yet ready to specify detailed semantics because a new kind of balanced tree might require more operations
17749 and the precise general semantics for all nodes is hard to pin down in the early stages of design.
17751 A "concept" that is incomplete or without a well-specified semantics can still be useful.
17752 For example, it allows for some checking during initial experimentation.
17753 However, it should not be assumed to be stable.
17754 Each new use case might require such an incomplete concept to be improved.
17756 ##### Enforcement
17758 * Look for the word "axiom" in concept definition comments
17760 ### <a name="Rt-refine"></a>T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns.
17762 ##### Reason
17764 Otherwise they cannot be distinguished automatically by the compiler.
17766 ##### Example
17768     template<typename I>
17769     // Note: input_iterator is defined in <iterator>
17770     concept Input_iter = requires(I iter) { ++iter; };
17772     template<typename I>
17773     // Note: forward_iterator is defined in <iterator>
17774     concept Fwd_iter = Input_iter<I> && requires(I iter) { iter++; };
17776 The compiler can determine refinement based on the sets of required operations (here, suffix `++`).
17777 This decreases the burden on implementers of these types since
17778 they do not need any special declarations to "hook into the concept".
17779 If two concepts have exactly the same requirements, they are logically equivalent (there is no refinement).
17781 ##### Enforcement
17783 * Flag a concept that has exactly the same requirements as another already-seen concept (neither is more refined).
17784 To disambiguate them, see [T.24](#Rt-tag).
17786 ### <a name="Rt-tag"></a>T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics.
17788 ##### Reason
17790 Two concepts requiring the same syntax but having different semantics leads to ambiguity unless the programmer differentiates them.
17792 ##### Example
17794     template<typename I>    // iterator providing random access
17795     // Note: random_access_iterator is defined in <iterator>
17796     concept RA_iter = ...;
17798     template<typename I>    // iterator providing random access to contiguous data
17799     // Note: contiguous_iterator is defined in <iterator>
17800     concept Contiguous_iter =
17801         RA_iter<I> && is_contiguous_v<I>;  // using is_contiguous trait
17803 The programmer (in a library) must define `is_contiguous` (a trait) appropriately.
17805 Wrapping a tag class into a concept leads to a simpler expression of this idea:
17807     template<typename I> concept Contiguous = is_contiguous_v<I>;
17809     template<typename I>
17810     concept Contiguous_iter = RA_iter<I> && Contiguous<I>;
17812 The programmer (in a library) must define `is_contiguous` (a trait) appropriately.
17814 ##### Note
17816 Traits can be trait classes or type traits.
17817 These can be user-defined or standard-library ones.
17818 Prefer the standard-library ones.
17820 ##### Enforcement
17822 * The compiler flags ambiguous use of identical concepts.
17823 * Flag the definition of identical concepts.
17825 ### <a name="Rt-not"></a>T.25: Avoid complementary constraints
17827 ##### Reason
17829 Clarity. Maintainability.
17830 Functions with complementary requirements expressed using negation are brittle.
17832 ##### Example
17834 Initially, people will try to define functions with complementary requirements:
17836     template<typename T>
17837         requires !C<T>    // bad
17838     void f();
17840     template<typename T>
17841         requires C<T>
17842     void f();
17844 This is better:
17846     template<typename T>   // general template
17847         void f();
17849     template<typename T>   // specialization by concept
17850         requires C<T>
17851     void f();
17853 The compiler will choose the unconstrained template only when `C<T>` is
17854 unsatisfied. If you do not want to (or cannot) define an unconstrained
17855 version of `f()`, then delete it.
17857     template<typename T>
17858     void f() = delete;
17860 The compiler will select the overload, or emit an appropriate error.
17862 ##### Note
17864 Complementary constraints are unfortunately common in `enable_if` code:
17866     template<typename T>
17867     enable_if<!C<T>, void>   // bad
17868     f();
17870     template<typename T>
17871     enable_if<C<T>, void>
17872     f();
17875 ##### Note
17877 Complementary requirements on one requirement is sometimes (wrongly) considered manageable.
17878 However, for two or more requirements the number of definitions needs can go up exponentially (2,4,8,16,...):
17880     C1<T> && C2<T>
17881     !C1<T> && C2<T>
17882     C1<T> && !C2<T>
17883     !C1<T> && !C2<T>
17885 Now the opportunities for errors multiply.
17887 ##### Enforcement
17889 * Flag pairs of functions with `C<T>` and `!C<T>` constraints
17891 ### <a name="Rt-use"></a>T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax
17893 ##### Reason
17895 The definition is more readable and corresponds directly to what a user has to write.
17896 Conversions are taken into account. You don't have to remember the names of all the type traits.
17898 ##### Example
17900 You might be tempted to define a concept `Equality` like this:
17902     template<typename T> concept Equality = has_equal<T> && has_not_equal<T>;
17904 Obviously, it would be better and easier just to use the standard `equality_comparable`,
17905 but - just as an example - if you had to define such a concept, prefer:
17907     template<typename T> concept Equality = requires(T a, T b) {
17908         { a == b } -> std::convertible_to<bool>;
17909         { a != b } -> std::convertible_to<bool>;
17910         // axiom { !(a == b) == (a != b) }
17911         // axiom { a = b; => a == b }  // => means "implies"
17912     };
17914 as opposed to defining two meaningless concepts `has_equal` and `has_not_equal` just as helpers in the definition of `Equality`.
17915 By "meaningless" we mean that we cannot specify the semantics of `has_equal` in isolation.
17917 ##### Enforcement
17921 ## <a name="SS-temp-interface"></a>Template interfaces
17923 Over the years, programming with templates have suffered from a weak distinction between the interface of a template
17924 and its implementation.
17925 Before concepts, that distinction had no direct language support.
17926 However, the interface to a template is a critical concept - a contract between a user and an implementer - and should be carefully designed.
17928 ### <a name="Rt-fo"></a>T.40: Use function objects to pass operations to algorithms
17930 ##### Reason
17932 Function objects can carry more information through an interface than a "plain" pointer to function.
17933 In general, passing function objects gives better performance than passing pointers to functions.
17935 ##### Example
17937     bool greater(double x, double y) { return x > y; }
17938     sort(v, greater);                                    // pointer to function: potentially slow
17939     sort(v, [](double x, double y) { return x > y; });   // function object
17940     sort(v, std::greater{});                             // function object
17942     bool greater_than_7(double x) { return x > 7; }
17943     auto x = find_if(v, greater_than_7);                 // pointer to function: inflexible
17944     auto y = find_if(v, [](double x) { return x > 7; }); // function object: carries the needed data
17945     auto z = find_if(v, Greater_than<double>(7));        // function object: carries the needed data
17947 You can, of course, generalize those functions using `auto` or concepts. For example:
17949     auto y1 = find_if(v, [](totally_ordered auto x) { return x > 7; }); // require an ordered type
17950     auto z1 = find_if(v, [](auto x) { return x > 7; });                 // hope that the type has a >
17952 ##### Note
17954 Lambdas generate function objects.
17956 ##### Note
17958 The performance argument depends on compiler and optimizer technology.
17960 ##### Enforcement
17962 * Flag pointer to function template arguments.
17963 * Flag pointers to functions passed as arguments to a template (risk of false positives).
17966 ### <a name="Rt-essential"></a>T.41: Require only essential properties in a template's concepts
17968 ##### Reason
17970 Keep interfaces simple and stable.
17972 ##### Example
17974 Consider, a `sort` instrumented with (oversimplified) simple debug support:
17976     void sort(sortable auto& s)  // sort sequence s
17977     {
17978         if (debug) cerr << "enter sort( " << s <<  ")\n";
17979         // ...
17980         if (debug) cerr << "exit sort( " << s <<  ")\n";
17981     }
17983 Should this be rewritten to:
17985     template<sortable S>
17986         requires Streamable<S>
17987     void sort(S& s)  // sort sequence s
17988     {
17989         if (debug) cerr << "enter sort( " << s <<  ")\n";
17990         // ...
17991         if (debug) cerr << "exit sort( " << s <<  ")\n";
17992     }
17994 After all, there is nothing in `sortable` that requires `iostream` support.
17995 On the other hand, there is nothing in the fundamental idea of sorting that says anything about debugging.
17997 ##### Note
17999 If we require every operation used to be listed among the requirements, the interface becomes unstable:
18000 Every time we change the debug facilities, the usage data gathering, testing support, error reporting, etc.,
18001 the definition of the template would need change and every use of the template would have to be recompiled.
18002 This is cumbersome, and in some environments infeasible.
18004 Conversely, if we use an operation in the implementation that is not guaranteed by concept checking,
18005 we might get a late compile-time error.
18007 By not using concept checking for properties of a template argument that is not considered essential,
18008 we delay checking until instantiation time.
18009 We consider this a worthwhile tradeoff.
18011 Note that using non-local, non-dependent names (such as `debug` and `cerr`) also introduces context dependencies that might lead to "mysterious" errors.
18013 ##### Note
18015 It can be hard to decide which properties of a type are essential and which are not.
18017 ##### Enforcement
18021 ### <a name="Rt-alias"></a>T.42: Use template aliases to simplify notation and hide implementation details
18023 ##### Reason
18025 Improved readability.
18026 Implementation hiding.
18027 Note that template aliases replace many uses of traits to compute a type.
18028 They can also be used to wrap a trait.
18030 ##### Example
18032     template<typename T, size_t N>
18033     class Matrix {
18034         // ...
18035         using Iterator = typename std::vector<T>::iterator;
18036         // ...
18037     };
18039 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>::`.
18041 ##### Example
18043     template<typename T>
18044     void user(T& c)
18045     {
18046         // ...
18047         typename container_traits<T>::value_type x; // bad, verbose
18048         // ...
18049     }
18051     template<typename T>
18052     using Value_type = typename container_traits<T>::value_type;
18055 This saves the user of `Value_type` from having to know the technique used to implement `value_type`s.
18057     template<typename T>
18058     void user2(T& c)
18059     {
18060         // ...
18061         Value_type<T> x;
18062         // ...
18063     }
18065 ##### Note
18067 A simple, common use could be expressed: "Wrap traits!"
18069 ##### Enforcement
18071 * Flag use of `typename` as a disambiguator outside `using` declarations.
18072 * ???
18074 ### <a name="Rt-using"></a>T.43: Prefer `using` over `typedef` for defining aliases
18076 ##### Reason
18078 Improved readability: With `using`, the new name comes first rather than being embedded somewhere in a declaration.
18079 Generality: `using` can be used for template aliases, whereas `typedef`s can't easily be templates.
18080 Uniformity: `using` is syntactically similar to `auto`.
18082 ##### Example
18084     typedef int (*PFI)(int);   // OK, but convoluted
18086     using PFI2 = int (*)(int);   // OK, preferred
18088     template<typename T>
18089     typedef int (*PFT)(T);      // error
18091     template<typename T>
18092     using PFT2 = int (*)(T);   // OK
18094 ##### Enforcement
18096 * Flag uses of `typedef`. This will give a lot of "hits" :-(
18098 ### <a name="Rt-deduce"></a>T.44: Use function templates to deduce class template argument types (where feasible)
18100 ##### Reason
18102 Writing the template argument types explicitly can be tedious and unnecessarily verbose.
18104 ##### Example
18106     tuple<int, string, double> t1 = {1, "Hamlet", 3.14};   // explicit type
18107     auto t2 = make_tuple(1, "Ophelia"s, 3.14);         // better; deduced type
18109 Note the use of the `s` suffix to ensure that the string is a `std::string`, rather than a C-style string.
18111 ##### Note
18113 Since you can trivially write a `make_T` function, so could the compiler. Thus, `make_T` functions might become redundant in the future.
18115 ##### Exception
18117 Sometimes there isn't a good way of getting the template arguments deduced and sometimes, you want to specify the arguments explicitly:
18119     vector<double> v = { 1, 2, 3, 7.9, 15.99 };
18120     list<Record*> lst;
18122 ##### Note
18124 Note that C++17 will make this rule redundant by allowing the template arguments to be deduced directly from constructor arguments:
18125 [Template parameter deduction for constructors (Rev. 3)](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0091r1.html).
18126 For example:
18128     tuple t1 = {1, "Hamlet"s, 3.14}; // deduced: tuple<int, string, double>
18130 ##### Enforcement
18132 Flag uses where an explicitly specialized type exactly matches the types of the arguments used.
18134 ### <a name="Rt-regular"></a>T.46: Require template arguments to be at least semiregular
18136 ##### Reason
18138 Readability.
18139 Preventing surprises and errors.
18140 Most uses support that anyway.
18142 ##### Example
18144     class X {
18145     public:
18146         explicit X(int);
18147         X(const X&);            // copy
18148         X operator=(const X&);
18149         X(X&&) noexcept;        // move
18150         X& operator=(X&&) noexcept;
18151         ~X();
18152         // ... no more constructors ...
18153     };
18155     X x {1};              // fine
18156     X y = x;              // fine
18157     std::vector<X> v(10); // error: no default constructor
18159 ##### Note
18161 Semiregular requires default constructible.
18163 ##### Enforcement
18165 * Flag types used as template arguments that are not at least semiregular.
18167 ### <a name="Rt-visible"></a>T.47: Avoid highly visible unconstrained templates with common names
18169 ##### Reason
18171  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.
18172  This is particularly annoying/dangerous when ADL is used.
18173  Common names make this problem more likely.
18175 ##### Example
18177     namespace Bad {
18178         struct S { int m; };
18179         template<typename T1, typename T2>
18180         bool operator==(T1, T2) { cout << "Bad\n"; return true; }
18181     }
18183     namespace T0 {
18184         bool operator==(int, Bad::S) { cout << "T0\n"; return true; }  // compare to int
18186         void test()
18187         {
18188             Bad::S bad{ 1 };
18189             vector<int> v(10);
18190             bool b = 1 == bad;
18191             bool b2 = v.size() == bad;
18192         }
18193     }
18195 This prints `T0` and `Bad`.
18197 Now the `==` in `Bad` was designed to cause trouble, but would you have spotted the problem in real code?
18198 The problem is that `v.size()` returns an `unsigned` integer so that a conversion is needed to call the local `==`;
18199 the `==` in `Bad` requires no conversions.
18200 Realistic types, such as the standard-library iterators can be made to exhibit similar anti-social tendencies.
18202 ##### Note
18204 If an unconstrained template is defined in the same namespace as a type,
18205 that unconstrained template can be found by ADL (as happened in the example).
18206 That is, it is highly visible.
18208 ##### Note
18210 This rule should not be necessary, but the committee cannot agree to exclude unconstrained templates from ADL.
18212 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`.
18215 ##### Enforcement
18217 Flag templates defined in a namespace where concrete types are also defined (maybe not feasible until we have concepts).
18220 ### <a name="Rt-concept-def"></a>T.48: If your compiler does not support concepts, fake them with `enable_if`
18222 ##### Reason
18224 Because that's the best we can do without direct concept support.
18225 `enable_if` can be used to conditionally define functions and to select among a set of functions.
18227 ##### Example
18229     template<typename T>
18230     enable_if_t<is_integral_v<T>>
18231     f(T v)
18232     {
18233         // ...
18234     }
18236     // Equivalent to:
18237     template<Integral T>
18238     void f(T v)
18239     {
18240         // ...
18241     }
18243 ##### Note
18245 Beware of [complementary constraints](#Rt-not).
18246 Faking concept overloading using `enable_if` sometimes forces us to use that error-prone design technique.
18248 ##### Enforcement
18252 ### <a name="Rt-erasure"></a>T.49: Where possible, avoid type-erasure
18254 ##### Reason
18256 Type erasure incurs an extra level of indirection by hiding type information behind a separate compilation boundary.
18258 ##### Example
18260     ???
18262 **Exceptions**: Type erasure is sometimes appropriate, such as for `std::function`.
18264 ##### Enforcement
18269 ##### Note
18272 ## <a name="SS-temp-def"></a>T.def: Template definitions
18274 A template definition (class or function) can contain arbitrary code, so only a comprehensive review of C++ programming techniques would cover this topic.
18275 However, this section focuses on what is specific to template implementation.
18276 In particular, it focuses on a template definition's dependence on its context.
18278 ### <a name="Rt-depend"></a>T.60: Minimize a template's context dependencies
18280 ##### Reason
18282 Eases understanding.
18283 Minimizes errors from unexpected dependencies.
18284 Eases tool creation.
18286 ##### Example
18288     template<typename C>
18289     void sort(C& c)
18290     {
18291         std::sort(begin(c), end(c)); // necessary and useful dependency
18292     }
18294     template<typename Iter>
18295     Iter algo(Iter first, Iter last)
18296     {
18297         for (; first != last; ++first) {
18298             auto x = sqrt(*first); // potentially surprising dependency: which sqrt()?
18299             helper(first, x);      // potentially surprising dependency:
18300                                    // helper is chosen based on first and x
18301             TT var = 7;            // potentially surprising dependency: which TT?
18302         }
18303     }
18305 ##### Note
18307 Templates typically appear in header files so their context dependencies are more vulnerable to `#include` order dependencies than functions in `.cpp` files.
18309 ##### Note
18311 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.
18312 For example, algorithms usually use other algorithms and invoke operations that do not exclusively operate on arguments.
18313 And don't get us started on macros!
18315 **See also**: [T.69](#Rt-customization)
18317 ##### Enforcement
18319 ??? Tricky
18321 ### <a name="Rt-scary"></a>T.61: Do not over-parameterize members (SCARY)
18323 ##### Reason
18325 A member that does not depend on a template parameter cannot be used except for a specific template argument.
18326 This limits use and typically increases code size.
18328 ##### Example, bad
18330     template<typename T, typename A = std::allocator<T>>
18331         // requires Regular<T> && Allocator<A>
18332     class List {
18333     public:
18334         struct Link {   // does not depend on A
18335             T elem;
18336             Link* pre;
18337             Link* suc;
18338         };
18340         using iterator = Link*;
18342         iterator first() const { return head; }
18344         // ...
18345     private:
18346         Link* head;
18347     };
18349     List<int> lst1;
18350     List<int, My_allocator> lst2;
18352 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.
18353 Typically, the solution is to make what would have been a nested class non-local, with its own minimal set of template parameters.
18355     template<typename T>
18356     struct Link {
18357         T elem;
18358         Link* pre;
18359         Link* suc;
18360     };
18362     template<typename T, typename A = std::allocator<T>>
18363         // requires Regular<T> && Allocator<A>
18364     class List2 {
18365     public:
18366         using iterator = Link<T>*;
18368         iterator first() const { return head; }
18370         // ...
18371     private:
18372         Link<T>* head;
18373     };
18375     List2<int> lst1;
18376     List2<int, My_allocator> lst2;
18378 Some people found the idea that the `Link` no longer was hidden inside the list scary, so we named the technique
18379 [SCARY](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/WG21/docs/papers/2009/n2911.pdf). From that academic paper:
18380 "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)."
18382 ##### Note
18384 This also applies to lambdas that don't depend on all of the template parameters.
18386 ##### Enforcement
18388 * Flag member types that do not depend on every template parameter
18389 * Flag member functions that do not depend on every template parameter
18390 * Flag lambdas or variable templates that do not depend on every template parameter
18392 ### <a name="Rt-nondependent"></a>T.62: Place non-dependent class template members in a non-templated base class
18394 ##### Reason
18396  Allow the base class members to be used without specifying template arguments and without template instantiation.
18398 ##### Example
18400     template<typename T>
18401     class Foo {
18402     public:
18403         enum { v1, v2 };
18404         // ...
18405     };
18409     struct Foo_base {
18410         enum { v1, v2 };
18411         // ...
18412     };
18414     template<typename T>
18415     class Foo : public Foo_base {
18416     public:
18417         // ...
18418     };
18420 ##### Note
18422 A more general version of this rule would be
18423 "If a class template member depends on only N template parameters out of M, place it in a base class with only N parameters."
18424 For N == 1, we have a choice of a base class of a class in the surrounding scope as in [T.61](#Rt-scary).
18426 ??? What about constants? class statics?
18428 ##### Enforcement
18430 * Flag ???
18432 ### <a name="Rt-specialization"></a>T.64: Use specialization to provide alternative implementations of class templates
18434 ##### Reason
18436 A template defines a general interface.
18437 Specialization offers a powerful mechanism for providing alternative implementations of that interface.
18439 ##### Example
18441     ??? string specialization (==)
18443     ??? representation specialization ?
18445 ##### Note
18449 ##### Enforcement
18453 ### <a name="Rt-tag-dispatch"></a>T.65: Use tag dispatch to provide alternative implementations of a function
18455 ##### Reason
18457 * A template defines a general interface.
18458 * Tag dispatch allows us to select implementations based on specific properties of an argument type.
18459 * Performance.
18461 ##### Example
18463 This is a simplified version of `std::copy` (ignoring the possibility of non-contiguous sequences)
18465     struct trivially_copyable_tag {};
18466     struct non_trivially_copyable_tag {};
18468     // T is not trivially copyable
18469     template<class T> struct copy_trait { using tag = non_trivially_copyable_tag; };
18470     // int is trivially copyable
18471     template<> struct copy_trait<int> { using tag = trivially_copyable_tag; };
18473     template<class Iter>
18474     Out copy_helper(Iter first, Iter last, Iter out, trivially_copyable_tag)
18475     {
18476         // use memmove
18477     }
18479     template<class Iter>
18480     Out copy_helper(Iter first, Iter last, Iter out, non_trivially_copyable_tag)
18481     {
18482         // use loop calling copy constructors
18483     }
18485     template<class Iter>
18486     Out copy(Iter first, Iter last, Iter out)
18487     {
18488         using tag_type = typename copy_trait<std::iter_value_t<Iter>>;
18489         return copy_helper(first, last, out, tag_type{})
18490     }
18492     void use(vector<int>& vi, vector<int>& vi2, vector<string>& vs, vector<string>& vs2)
18493     {
18494         copy(vi.begin(), vi.end(), vi2.begin()); // uses memmove
18495         copy(vs.begin(), vs.end(), vs2.begin()); // uses a loop calling copy constructors
18496     }
18498 This is a general and powerful technique for compile-time algorithm selection.
18500 ##### Note
18502 With C++20 constraints, such alternatives can be distinguished directly:
18504     template<class Iter>
18505         requires std::is_trivially_copyable_v<std::iter_value_t<Iter>>
18506     Out copy_helper(In, first, In last, Out out)
18507     {
18508         // use memmove
18509     }
18511     template<class Iter>
18512     Out copy_helper(In, first, In last, Out out)
18513     {
18514         // use loop calling copy constructors
18515     }
18517 ##### Enforcement
18522 ### <a name="Rt-specialization2"></a>T.67: Use specialization to provide alternative implementations for irregular types
18524 ##### Reason
18526  ???
18528 ##### Example
18530     ???
18532 ##### Enforcement
18536 ### <a name="Rt-cast"></a>T.68: Use `{}` rather than `()` within templates to avoid ambiguities
18538 ##### Reason
18540 `()` is vulnerable to grammar ambiguities.
18542 ##### Example
18544     template<typename T, typename U>
18545     void f(T t, U u)
18546     {
18547         T v1(T(u));    // mistake: oops, v1 is a function not a variable
18548         T v2{u};       // clear:   obviously a variable
18549         auto x = T(u); // unclear: construction or cast?
18550     }
18552     f(1, "asdf"); // bad: cast from const char* to int
18554 ##### Enforcement
18556 * flag `()` initializers
18557 * flag function-style casts
18560 ### <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
18562 ##### Reason
18564 * Provide only intended flexibility.
18565 * Avoid vulnerability to accidental environmental changes.
18567 ##### Example
18569 There are three major ways to let calling code customize a template.
18571     template<class T>
18572         // Call a member function
18573     void test1(T t)
18574     {
18575         t.f();    // require T to provide f()
18576     }
18578     template<class T>
18579     void test2(T t)
18580         // Call a non-member function without qualification
18581     {
18582         f(t);     // require f(/*T*/) be available in caller's scope or in T's namespace
18583     }
18585     template<class T>
18586     void test3(T t)
18587         // Invoke a "trait"
18588     {
18589         test_traits<T>::f(t); // require customizing test_traits<>
18590                               // to get non-default functions/types
18591     }
18593 A trait is usually a type alias to compute a type,
18594 a `constexpr` function to compute a value,
18595 or a traditional traits template to be specialized on the user's type.
18597 ##### Note
18599 If you intend to call your own helper function `helper(t)` with a value `t` that depends on a template type parameter,
18600 put it in a `::detail` namespace and qualify the call as `detail::helper(t);`.
18601 An unqualified call becomes a customization point where any function `helper` in the namespace of `t`'s type can be invoked;
18602 this can cause problems like [unintentionally invoking unconstrained function templates](#Rt-visible).
18605 ##### Enforcement
18607 * 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.
18610 ## <a name="SS-temp-hier"></a>T.temp-hier: Template and hierarchy rules:
18612 Templates are the backbone of C++'s support for generic programming and class hierarchies the backbone of its support
18613 for object-oriented programming.
18614 The two language mechanisms can be used effectively in combination, but a few design pitfalls must be avoided.
18616 ### <a name="Rt-hier"></a>T.80: Do not naively templatize a class hierarchy
18618 ##### Reason
18620 Templating a class hierarchy that has many functions, especially many virtual functions, can lead to code bloat.
18622 ##### Example, bad
18624     template<typename T>
18625     struct Container {         // an interface
18626         virtual T* get(int i);
18627         virtual T* first();
18628         virtual T* next();
18629         virtual void sort();
18630     };
18632     template<typename T>
18633     class Vector : public Container<T> {
18634     public:
18635         // ...
18636     };
18638     Vector<int> vi;
18639     Vector<string> vs;
18641 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.
18643 Given this, the compiler cannot know if `vector<int>::sort()` is called, so it must generate code for it.
18644 Similar for `vector<string>::sort()`.
18645 Unless those two functions are called that's code bloat.
18646 Imagine what this would do to a class hierarchy with dozens of member functions and dozens of derived classes with many instantiations.
18648 ##### Note
18650 In many cases you can provide a stable interface by not parameterizing a base;
18651 see ["stable base"](#Rt-abi) and [OO and GP](#Rt-generic-oo)
18653 ##### Enforcement
18655 * Flag virtual functions that depend on a template argument. ??? False positives
18657 ### <a name="Rt-array"></a>T.81: Do not mix hierarchies and arrays
18659 ##### Reason
18661 An array of derived classes can implicitly "decay" to a pointer to a base class with potential disastrous results.
18663 ##### Example
18665 Assume that `Apple` and `Pear` are two kinds of `Fruit`s.
18667     void maul(Fruit* p)
18668     {
18669         *p = Pear{};     // put a Pear into *p
18670         p[1] = Pear{};   // put a Pear into p[1]
18671     }
18673     Apple aa [] = { an_apple, another_apple };   // aa contains Apples (obviously!)
18675     maul(aa);
18676     Apple& a0 = &aa[0];   // a Pear?
18677     Apple& a1 = &aa[1];   // a Pear?
18679 Probably, `aa[0]` will be a `Pear` (without the use of a cast!).
18680 If `sizeof(Apple) != sizeof(Pear)` the access to `aa[1]` will not be aligned to the proper start of an object in the array.
18681 We have a type violation and possibly (probably) a memory corruption.
18682 Never write such code.
18684 Note that `maul()` violates the a [`T*` points to an individual object rule](#Rf-ptr).
18686 **Alternative**: Use a proper (templatized) container:
18688     void maul2(Fruit* p)
18689     {
18690         *p = Pear{};   // put a Pear into *p
18691     }
18693     vector<Apple> va = { an_apple, another_apple };   // va contains Apples (obviously!)
18695     maul2(va);       // error: cannot convert a vector<Apple> to a Fruit*
18696     maul2(&va[0]);   // you asked for it
18698     Apple& a0 = &va[0];   // a Pear?
18700 Note that the assignment in `maul2()` violated the [no-slicing rule](#Res-slice).
18702 ##### Enforcement
18704 * Detect this horror!
18706 ### <a name="Rt-linear"></a>T.82: Linearize a hierarchy when virtual functions are undesirable
18708 ##### Reason
18710  ???
18712 ##### Example
18714     ???
18716 ##### Enforcement
18720 ### <a name="Rt-virtual"></a>T.83: Do not declare a member function template virtual
18722 ##### Reason
18724 C++ does not support that.
18725 If it did, vtbls could not be generated until link time.
18726 And in general, implementations must deal with dynamic linking.
18728 ##### Example, don't
18730     class Shape {
18731         // ...
18732         template<class T>
18733         virtual bool intersect(T* p);   // error: template cannot be virtual
18734     };
18736 ##### Note
18738 We need a rule because people keep asking about this
18740 ##### Alternative
18742 Double dispatch, visitors, calculate which function to call
18744 ##### Enforcement
18746 The compiler handles that.
18748 ### <a name="Rt-abi"></a>T.84: Use a non-template core implementation to provide an ABI-stable interface
18750 ##### Reason
18752 Improve stability of code.
18753 Avoid code bloat.
18755 ##### Example
18757 It could be a base class:
18759     struct Link_base {   // stable
18760         Link_base* suc;
18761         Link_base* pre;
18762     };
18764     template<typename T>   // templated wrapper to add type safety
18765     struct Link : Link_base {
18766         T val;
18767     };
18769     struct List_base {
18770         Link_base* first;   // first element (if any)
18771         int sz;             // number of elements
18772         void add_front(Link_base* p);
18773         // ...
18774     };
18776     template<typename T>
18777     class List : List_base {
18778     public:
18779         void put_front(const T& e) { add_front(new Link<T>{e}); }   // implicit cast to Link_base
18780         T& front() { static_cast<Link<T>*>(first).val; }   // explicit cast back to Link<T>
18781         // ...
18782     };
18784     List<int> li;
18785     List<string> ls;
18787 Now there is only one copy of the operations linking and unlinking elements of a `List`.
18788 The `Link` and `List` classes do nothing but type manipulation.
18790 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.
18792 **Alternative**: Use a [Pimpl](#Ri-pimpl) implementation.
18794 ##### Enforcement
18798 ## <a name="SS-variadic"></a>T.var: Variadic template rules
18802 ### <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
18804 ##### Reason
18806 Variadic templates is the most general mechanism for that, and is both efficient and type-safe. Don't use C varargs.
18808 ##### Example
18810     ??? printf
18812 ##### Enforcement
18814 * Flag uses of `va_arg` in user code.
18816 ### <a name="Rt-variadic-pass"></a>T.101: ??? How to pass arguments to a variadic template ???
18818 ##### Reason
18820  ???
18822 ##### Example
18824     ??? beware of move-only and reference arguments
18826 ##### Enforcement
18830 ### <a name="Rt-variadic-process"></a>T.102: How to process arguments to a variadic template
18832 ##### Reason
18834  ???
18836 ##### Example
18838     ??? forwarding, type checking, references
18840 ##### Enforcement
18844 ### <a name="Rt-variadic-not"></a>T.103: Don't use variadic templates for homogeneous argument lists
18846 ##### Reason
18848 There are more precise ways of specifying a homogeneous sequence, such as an `initializer_list`.
18850 ##### Example
18852     ???
18854 ##### Enforcement
18858 ## <a name="SS-meta"></a>T.meta: Template metaprogramming (TMP)
18860 Templates provide a general mechanism for compile-time programming.
18862 Metaprogramming is programming where at least one input or one result is a type.
18863 Templates offer Turing-complete (modulo memory capacity) duck typing at compile time.
18864 The syntax and techniques needed are pretty horrendous.
18866 ### <a name="Rt-metameta"></a>T.120: Use template metaprogramming only when you really need to
18868 ##### Reason
18870 Template metaprogramming is hard to get right, slows down compilation, and is often very hard to maintain.
18871 However, there are real-world examples where template metaprogramming provides better performance than any alternative short of expert-level assembly code.
18872 Also, there are real-world examples where template metaprogramming expresses the fundamental ideas better than run-time code.
18873 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++.
18875 ##### Example, bad
18877     ???
18879 ##### Example, bad
18881     enable_if
18883 Instead, use concepts. But see [How to emulate concepts if you don't have language support](#Rt-emulate).
18885 ##### Example
18887     ??? good
18889 **Alternative**: If the result is a value, rather than a type, use a [`constexpr` function](#Rt-fct).
18891 ##### Note
18893 If you feel the need to hide your template metaprogramming in macros, you have probably gone too far.
18895 ### <a name="Rt-emulate"></a>T.121: Use template metaprogramming primarily to emulate concepts
18897 ##### Reason
18899 Where C++20 is not available, we need to emulate them using TMP.
18900 Use cases that require concepts (e.g. overloading based on concepts) are among the most common (and simple) uses of TMP.
18902 ##### Example
18904     template<typename Iter>
18905         /*requires*/ enable_if<random_access_iterator<Iter>, void>
18906     advance(Iter p, int n) { p += n; }
18908     template<typename Iter>
18909         /*requires*/ enable_if<forward_iterator<Iter>, void>
18910     advance(Iter p, int n) { assert(n >= 0); while (n--) ++p;}
18912 ##### Note
18914 Such code is much simpler using concepts:
18916     void advance(random_access_iterator auto p, int n) { p += n; }
18918     void advance(forward_iterator auto p, int n) { assert(n >= 0); while (n--) ++p;}
18920 ##### Enforcement
18924 ### <a name="Rt-tmp"></a>T.122: Use templates (usually template aliases) to compute types at compile time
18926 ##### Reason
18928 Template metaprogramming is the only directly supported and half-way principled way of generating types at compile time.
18930 ##### Note
18932 "Traits" techniques are mostly replaced by template aliases to compute types and `constexpr` functions to compute values.
18934 ##### Example
18936     ??? big object / small object optimization
18938 ##### Enforcement
18942 ### <a name="Rt-fct"></a>T.123: Use `constexpr` functions to compute values at compile time
18944 ##### Reason
18946 A function is the most obvious and conventional way of expressing the computation of a value.
18947 Often a `constexpr` function implies less compile-time overhead than alternatives.
18949 ##### Note
18951 "Traits" techniques are mostly replaced by template aliases to compute types and `constexpr` functions to compute values.
18953 ##### Example
18955     template<typename T>
18956         // requires Number<T>
18957     constexpr T pow(T v, int n)   // power/exponential
18958     {
18959         T res = 1;
18960         while (n--) res *= v;
18961         return res;
18962     }
18964     constexpr auto f7 = pow(pi, 7);
18966 ##### Enforcement
18968 * Flag template metaprograms yielding a value. These should be replaced with `constexpr` functions.
18970 ### <a name="Rt-std-tmp"></a>T.124: Prefer to use standard-library TMP facilities
18972 ##### Reason
18974 Facilities defined in the standard, such as `conditional`, `enable_if`, and `tuple`, are portable and can be assumed to be known.
18976 ##### Example
18978     ???
18980 ##### Enforcement
18984 ### <a name="Rt-lib"></a>T.125: If you need to go beyond the standard-library TMP facilities, use an existing library
18986 ##### Reason
18988 Getting advanced TMP facilities is not easy and using a library makes you part of a (hopefully supportive) community.
18989 Write your own "advanced TMP support" only if you really have to.
18991 ##### Example
18993     ???
18995 ##### Enforcement
18999 ## <a name="SS-temp-other"></a>Other template rules
19001 ### <a name="Rt-name"></a>T.140: If an operation can be reused, give it a name
19003 See [F.10](#Rf-name)
19005 ### <a name="Rt-lambda"></a>T.141: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only
19007 See [F.11](#Rf-lambda)
19009 ### <a name="Rt-var"></a>T.142?: Use template variables to simplify notation
19011 ##### Reason
19013 Improved readability.
19015 ##### Example
19017     ???
19019 ##### Enforcement
19023 ### <a name="Rt-non-generic"></a>T.143: Don't write unintentionally non-generic code
19025 ##### Reason
19027 Generality. Reusability. Don't gratuitously commit to details; use the most general facilities available.
19029 ##### Example
19031 Use `!=` instead of `<` to compare iterators; `!=` works for more objects because it doesn't rely on ordering.
19033     for (auto i = first; i < last; ++i) {   // less generic
19034         // ...
19035     }
19037     for (auto i = first; i != last; ++i) {   // good; more generic
19038         // ...
19039     }
19041 Of course, range-`for` is better still where it does what you want.
19043 ##### Example
19045 Use the least-derived class that has the functionality you need.
19047     class Base {
19048     public:
19049         Bar f();
19050         Bar g();
19051     };
19053     class Derived1 : public Base {
19054     public:
19055         Bar h();
19056     };
19058     class Derived2 : public Base {
19059     public:
19060         Bar j();
19061     };
19063     // bad, unless there is a specific reason for limiting to Derived1 objects only
19064     void my_func(Derived1& param)
19065     {
19066         use(param.f());
19067         use(param.g());
19068     }
19070     // good, uses only Base interface so only commit to that
19071     void my_func(Base& param)
19072     {
19073         use(param.f());
19074         use(param.g());
19075     }
19077 ##### Enforcement
19079 * Flag comparison of iterators using `<` instead of `!=`.
19080 * 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.
19081 * Flag functions that take a pointer or reference to a more-derived type but only use functions declared in a base type.
19083 ### <a name="Rt-specialize-function"></a>T.144: Don't specialize function templates
19085 ##### Reason
19087 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.
19089 ##### Example
19091     ???
19093 **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).
19095 ##### Enforcement
19097 * Flag all specializations of a function template. Overload instead.
19100 ### <a name="Rt-check-class"></a>T.150: Check that a class matches a concept using `static_assert`
19102 ##### Reason
19104 If you intend for a class to match a concept, verifying that early saves users' pain.
19106 ##### Example
19108     class X {
19109     public:
19110         X() = delete;
19111         X(const X&) = default;
19112         X(X&&) = default;
19113         X& operator=(const X&) = default;
19114         // ...
19115     };
19117 Somewhere, possibly in an implementation file, let the compiler check the desired properties of `X`:
19119     static_assert(Default_constructible<X>);    // error: X has no default constructor
19120     static_assert(Copyable<X>);                 // error: we forgot to define X's move constructor
19123 ##### Enforcement
19125 Not feasible.
19127 # <a name="S-cpl"></a>CPL: C-style programming
19129 C and C++ are closely related languages.
19130 They both originate in "Classic C" from 1978 and have evolved in ISO committees since then.
19131 Many attempts have been made to keep them compatible, but neither is a subset of the other.
19133 C rule summary:
19135 * [CPL.1: Prefer C++ to C](#Rcpl-C)
19136 * [CPL.2: If you must use C, use the common subset of C and C++, and compile the C code as C++](#Rcpl-subset)
19137 * [CPL.3: If you must use C for interfaces, use C++ in the calling code using such interfaces](#Rcpl-interface)
19139 ### <a name="Rcpl-C"></a>CPL.1: Prefer C++ to C
19141 ##### Reason
19143 C++ provides better type checking and more notational support.
19144 It provides better support for high-level programming and often generates faster code.
19146 ##### Example
19148     char ch = 7;
19149     void* pv = &ch;
19150     int* pi = pv;   // not C++
19151     *pi = 999;      // overwrite sizeof(int) bytes near &ch
19153 The rules for implicit casting to and from `void*` in C are subtle and unenforced.
19154 In particular, this example violates a rule against converting to a type with stricter alignment.
19156 ##### Enforcement
19158 Use a C++ compiler.
19160 ### <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++
19162 ##### Reason
19164 That subset can be compiled with both C and C++ compilers, and when compiled as C++ is better type checked than "pure C."
19166 ##### Example
19168     int* p1 = malloc(10 * sizeof(int));                      // not C++
19169     int* p2 = static_cast<int*>(malloc(10 * sizeof(int)));   // not C, C-style C++
19170     int* p3 = new int[10];                                   // not C
19171     int* p4 = (int*) malloc(10 * sizeof(int));               // both C and C++
19173 ##### Enforcement
19175 * Flag if using a build mode that compiles code as C.
19177   * The C++ compiler will enforce that the code is valid C++ unless you use C extension options.
19179 ### <a name="Rcpl-interface"></a>CPL.3: If you must use C for interfaces, use C++ in the calling code using such interfaces
19181 ##### Reason
19183 C++ is more expressive than C and offers better support for many types of programming.
19185 ##### Example
19187 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.
19188 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.
19190 ##### Example
19192 You can call C from C++:
19194     // in C:
19195     double sqrt(double);
19197     // in C++:
19198     extern "C" double sqrt(double);
19200     sqrt(2);
19202 ##### Example
19204 You can call C++ from C:
19206     // in C:
19207     X call_f(struct Y*, int);
19209     // in C++:
19210     extern "C" X call_f(Y* p, int i)
19211     {
19212         return p->f(i);   // possibly a virtual function call
19213     }
19215 ##### Enforcement
19217 None needed
19219 # <a name="S-source"></a>SF: Source files
19221 Distinguish between declarations (used as interfaces) and definitions (used as implementations).
19222 Use header files to represent interfaces and to emphasize logical structure.
19224 Source file rule summary:
19226 * [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)
19227 * [SF.2: A header file must not contain object definitions or non-inline function definitions](#Rs-inline)
19228 * [SF.3: Use header files for all declarations used in multiple source files](#Rs-declaration-header)
19229 * [SF.4: Include header files before other declarations in a file](#Rs-include-order)
19230 * [SF.5: A `.cpp` file must include the header file(s) that defines its interface](#Rs-consistency)
19231 * [SF.6: Use `using namespace` directives for transition, for foundation libraries (such as `std`), or within a local scope (only)](#Rs-using)
19232 * [SF.7: Don't write `using namespace` at global scope in a header file](#Rs-using-directive)
19233 * [SF.8: Use `#include` guards for all header files](#Rs-guards)
19234 * [SF.9: Avoid cyclic dependencies among source files](#Rs-cycles)
19235 * [SF.10: Avoid dependencies on implicitly `#include`d names](#Rs-implicit)
19236 * [SF.11: Header files should be self-contained](#Rs-contained)
19237 * [SF.12: Prefer the quoted form of `#include` for files relative to the including file and the angle bracket form everywhere else](#Rs-incform)
19238 * [SF.13: Use portable header identifiers in `#include` statements](#Rs-portable-header-id)
19240 * [SF.20: Use `namespace`s to express logical structure](#Rs-namespace)
19241 * [SF.21: Don't use an unnamed (anonymous) namespace in a header](#Rs-unnamed)
19242 * [SF.22: Use an unnamed (anonymous) namespace for all internal/non-exported entities](#Rs-unnamed2)
19244 ### <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
19246 See [NL.27](#Rl-file-suffix)
19248 ### <a name="Rs-inline"></a>SF.2: A header file must not contain object definitions or non-inline function definitions
19250 ##### Reason
19252 Including entities subject to the one-definition rule leads to linkage errors.
19254 ##### Example
19256     // file.h:
19257     namespace Foo {
19258         int x = 7;
19259         int xx() { return x+x; }
19260     }
19262     // file1.cpp:
19263     #include <file.h>
19264     // ... more ...
19266      // file2.cpp:
19267     #include <file.h>
19268     // ... more ...
19270 Linking `file1.cpp` and `file2.cpp` will give two linker errors.
19272 **Alternative formulation**: A header file must contain only:
19274 * `#include`s of other header files (possibly with include guards)
19275 * templates
19276 * class definitions
19277 * function declarations
19278 * `extern` declarations
19279 * `inline` function definitions
19280 * `constexpr` definitions
19281 * `const` definitions
19282 * `using` alias definitions
19283 * ???
19285 ##### Enforcement
19287 Check the positive list above.
19289 ### <a name="Rs-declaration-header"></a>SF.3: Use header files for all declarations used in multiple source files
19291 ##### Reason
19293 Maintainability. Readability.
19295 ##### Example, bad
19297     // bar.cpp:
19298     void bar() { cout << "bar\n"; }
19300     // foo.cpp:
19301     extern void bar();
19302     void foo() { bar(); }
19304 A maintainer of `bar` cannot find all declarations of `bar` if its type needs changing.
19305 The user of `bar` cannot know if the interface used is complete and correct. At best, error messages come (late) from the linker.
19307 ##### Enforcement
19309 * Flag declarations of entities in other source files not placed in a `.h`.
19311 ### <a name="Rs-include-order"></a>SF.4: Include header files before other declarations in a file
19313 ##### Reason
19315 Minimize context dependencies and increase readability.
19317 ##### Example
19319     #include <vector>
19320     #include <algorithm>
19321     #include <string>
19323     // ... my code here ...
19325 ##### Example, bad
19327     #include <vector>
19329     // ... my code here ...
19331     #include <algorithm>
19332     #include <string>
19334 ##### Note
19336 This applies to both `.h` and `.cpp` files.
19338 ##### Note
19340 There is an argument for insulating code from declarations and macros in header files by `#including` headers *after* the code we want to protect
19341 (as in the example labeled "bad").
19342 However
19344 * that only works for one file (at one level): Use that technique in a header included with other headers and the vulnerability reappears.
19345 * a namespace (an "implementation namespace") can protect against many context dependencies.
19346 * full protection and flexibility require modules.
19348 **See also**:
19350 * [Working Draft, Extensions to C++ for Modules](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4592.pdf)
19351 * [Modules, Componentization, and Transition](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0141r0.pdf)
19353 ##### Enforcement
19355 Easy.
19357 ### <a name="Rs-consistency"></a>SF.5: A `.cpp` file must include the header file(s) that defines its interface
19359 ##### Reason
19361 This enables the compiler to do an early consistency check.
19363 ##### Example, bad
19365     // foo.h:
19366     void foo(int);
19367     int bar(long);
19368     int foobar(int);
19370     // foo.cpp:
19371     void foo(int) { /* ... */ }
19372     int bar(double) { /* ... */ }
19373     double foobar(int);
19375 The errors will not be caught until link time for a program calling `bar` or `foobar`.
19377 ##### Example
19379     // foo.h:
19380     void foo(int);
19381     int bar(long);
19382     int foobar(int);
19384     // foo.cpp:
19385     #include "foo.h"
19387     void foo(int) { /* ... */ }
19388     int bar(double) { /* ... */ }
19389     double foobar(int);   // error: wrong return type
19391 The return-type error for `foobar` is now caught immediately when `foo.cpp` is compiled.
19392 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.
19394 ##### Enforcement
19398 ### <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)
19400 ##### Reason
19402  `using namespace` can lead to name clashes, so it should be used sparingly.
19403  However, it is not always possible to qualify every name from a namespace in user code (e.g., during transition)
19404  and sometimes a namespace is so fundamental and prevalent in a code base, that consistent qualification would be verbose and distracting.
19406 ##### Example
19408     #include <string>
19409     #include <vector>
19410     #include <iostream>
19411     #include <memory>
19412     #include <algorithm>
19414     using namespace std;
19416     // ...
19418 Here (obviously), the standard library is used pervasively and apparently no other library is used, so requiring `std::` everywhere
19419 could be distracting.
19421 ##### Example
19423 The use of `using namespace std;` leaves the programmer open to a name clash with a name from the standard library
19425     #include <cmath>
19426     using namespace std;
19428     int g(int x)
19429     {
19430         int sqrt = 7;
19431         // ...
19432         return sqrt(x); // error
19433     }
19435 However, this is not particularly likely to lead to a resolution that is not an error and
19436 people who use `using namespace std` are supposed to know about `std` and about this risk.
19438 ##### Note
19440 A `.cpp` file is a form of local scope.
19441 There is little difference in the opportunities for name clashes in an N-line `.cpp` containing a `using namespace X`,
19442 an N-line function containing a `using namespace X`,
19443 and M functions each containing a `using namespace X`with N lines of code in total.
19445 ##### Note
19447 [Don't write `using namespace` at global scope in a header file](#Rs-using-directive).
19449 ### <a name="Rs-using-directive"></a>SF.7: Don't write `using namespace` at global scope in a header file
19451 ##### Reason
19453 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.
19455 ##### Example
19457     // bad.h
19458     #include <iostream>
19459     using namespace std; // bad
19461     // user.cpp
19462     #include "bad.h"
19464     bool copy(/*... some parameters ...*/);    // some function that happens to be named copy
19466     int main()
19467     {
19468         copy(/*...*/);    // now overloads local ::copy and std::copy, could be ambiguous
19469     }
19471 ##### Note
19473 An exception is `using namespace std::literals;`. This is necessary to use string literals
19474 in header files and given [the rules](http://eel.is/c++draft/over.literal) - users are required
19475 to name their own UDLs `operator""_x` - they will not collide with the standard library.
19477 ##### Enforcement
19479 Flag `using namespace` at global scope in a header file.
19481 ### <a name="Rs-guards"></a>SF.8: Use `#include` guards for all header files
19483 ##### Reason
19485 To avoid files being `#include`d several times.
19487 In order to avoid include guard collisions, do not just name the guard after the filename.
19488 Be sure to also include a key and good differentiator, such as the name of library or component
19489 the header file is part of.
19491 ##### Example
19493     // file foobar.h:
19494     #ifndef LIBRARY_FOOBAR_H
19495     #define LIBRARY_FOOBAR_H
19496     // ... declarations ...
19497     #endif // LIBRARY_FOOBAR_H
19499 ##### Enforcement
19501 Flag `.h` files without `#include` guards.
19503 ##### Note
19505 Some implementations offer vendor extensions like `#pragma once` as alternative to include guards.
19506 It is not standard and it is not portable.  It injects the hosting machine's filesystem semantics
19507 into your program, in addition to locking you down to a vendor.
19508 Our recommendation is to write in ISO C++: See [rule P.2](#Rp-Cplusplus).
19510 ### <a name="Rs-cycles"></a>SF.9: Avoid cyclic dependencies among source files
19512 ##### Reason
19514 Cycles complicate comprehension and slow down compilation. They also
19515 complicate conversion to use language-supported modules (when they become
19516 available).
19518 ##### Note
19520 Eliminate cycles; don't just break them with `#include` guards.
19522 ##### Example, bad
19524     // file1.h:
19525     #include "file2.h"
19527     // file2.h:
19528     #include "file3.h"
19530     // file3.h:
19531     #include "file1.h"
19533 ##### Enforcement
19535 Flag all cycles.
19538 ### <a name="Rs-implicit"></a>SF.10: Avoid dependencies on implicitly `#include`d names
19540 ##### Reason
19542 Avoid surprises.
19543 Avoid having to change `#include`s if an `#include`d header changes.
19544 Avoid accidentally becoming dependent on implementation details and logically separate entities included in a header.
19546 ##### Example, bad
19548     #include <iostream>
19549     using namespace std;
19551     void use()
19552     {
19553         string s;
19554         cin >> s;               // fine
19555         getline(cin, s);        // error: getline() not defined
19556         if (s == "surprise") {  // error == not defined
19557             // ...
19558         }
19559     }
19561 `<iostream>` exposes the definition of `std::string` ("why?" makes for a fun trivia question),
19562 but it is not required to do so by transitively including the entire `<string>` header,
19563 resulting in the popular beginner question "why doesn't `getline(cin,s);` work?"
19564 or even an occasional "`string`s cannot be compared with `==`").
19566 The solution is to explicitly `#include <string>`:
19568 ##### Example, good
19570     #include <iostream>
19571     #include <string>
19572     using namespace std;
19574     void use()
19575     {
19576         string s;
19577         cin >> s;               // fine
19578         getline(cin, s);        // fine
19579         if (s == "surprise") {  // fine
19580             // ...
19581         }
19582     }
19584 ##### Note
19586 Some headers exist exactly to collect a set of consistent declarations from a variety of headers.
19587 For example:
19589     // basic_std_lib.h:
19591     #include <string>
19592     #include <map>
19593     #include <iostream>
19594     #include <random>
19595     #include <vector>
19597 a user can now get that set of declarations with a single `#include`
19599     #include "basic_std_lib.h"
19601 This rule against implicit inclusion is not meant to prevent such deliberate aggregation.
19603 ##### Enforcement
19605 Enforcement would require some knowledge about what in a header is meant to be "exported" to users and what is there to enable implementation.
19606 No really good solution is possible until we have modules.
19608 ### <a name="Rs-contained"></a>SF.11: Header files should be self-contained
19610 ##### Reason
19612 Usability, headers should be simple to use and work when included on their own.
19613 Headers should encapsulate the functionality they provide.
19614 Avoid clients of a header having to manage that header's dependencies.
19616 ##### Example
19618     #include "helpers.h"
19619     // helpers.h depends on std::string and includes <string>
19621 ##### Note
19623 Failing to follow this results in difficult to diagnose errors for clients of a header.
19625 ##### Note
19627 A header should include all its dependencies. Be careful about using relative paths because C++ implementations diverge on their meaning.
19629 ##### Enforcement
19631 A test should verify that the header file itself compiles or that a cpp file which only includes the header file compiles.
19633 ### <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
19635 ##### Reason
19637 The [standard](http://eel.is/c++draft/cpp.include) provides flexibility for compilers to implement
19638 the two forms of `#include` selected using the angle (`<>`) or quoted (`""`) syntax. Vendors take
19639 advantage of this and use different search algorithms and methods for specifying the include path.
19641 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).
19643 ##### Example
19645     // foo.cpp:
19646     #include <string>                // From the standard library, requires the <> form
19647     #include <some_library/common.h> // A file that is not locally relative, included from another library; use the <> form
19648     #include "foo.h"                 // A file locally relative to foo.cpp in the same project, use the "" form
19649     #include "util/util.h"           // A file locally relative to foo.cpp in the same project, use the "" form
19650     #include <component_b/bar.h>     // A file in the same project located via a search path, use the <> form
19652 ##### Note
19654 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.
19656 Library creators should put their headers in a folder and have clients include those files using the relative path `#include <some_library/common.h>`
19658 ##### Enforcement
19660 A test should identify whether headers referenced via `""` could be referenced with `<>`.
19662 ### <a name="Rs-portable-header-id"></a>SF.13: Use portable header identifiers in `#include` statements
19664 ##### Reason
19666 The [standard](http://eel.is/c++draft/cpp.include) does not specify how compilers uniquely locate headers from an identifier in an `#include` directive, nor does it specify what constitutes uniqueness. For example, whether the implementation considers the identifiers to be case-sensitive, or whether the identifiers are file system paths to a header file, and if so, how a hierarchical file system path is delimited.
19668 To maximize the portability of `#include` directives across compilers, guidance is to:
19670 * use case-sensitivity for the header identifier, matching how the header is defined by the standard, specification, implementation, or file that provides the header.
19671 * when the header identifier is a hierarchical file path, use forward-slash `/` to delimit path components as this is the most widely-accepted path-delimiting character.
19673 ##### Example
19675     // good examples
19676     #include <vector>
19677     #include <string>
19678     #include "util/util.h"
19680     // bad examples
19681     #include <VECTOR>        // bad: the standard library defines a header identified as <vector>, not <VECTOR>
19682     #include <String>        // bad: the standard library defines a header identified as <string>, not <String>
19683     #include "Util/Util.H"   // bad: the header file exists on the file system as "util/util.h"
19684     #include "util\util.h"   // bad: may not work if the implementation interprets `\u` as an escape sequence, or where '\' is not a valid path separator
19686 ##### Enforcement
19688 It is only possible to enforce on implementations where header identifiers are case-sensitive and which only support `/` as a file path delimiter.
19690 ### <a name="Rs-namespace"></a>SF.20: Use `namespace`s to express logical structure
19692 ##### Reason
19694  ???
19696 ##### Example
19698     ???
19700 ##### Enforcement
19704 ### <a name="Rs-unnamed"></a>SF.21: Don't use an unnamed (anonymous) namespace in a header
19706 ##### Reason
19708 It is almost always a bug to mention an unnamed namespace in a header file.
19710 ##### Example
19712     // file foo.h:
19713     namespace
19714     {
19715         const double x = 1.234;  // bad
19717         double foo(double y)     // bad
19718         {
19719             return y + x;
19720         }
19721     }
19723     namespace Foo
19724     {
19725         const double x = 1.234; // good
19727         inline double foo(double y)        // good
19728         {
19729             return y + x;
19730         }
19731     }
19733 ##### Enforcement
19735 * Flag any use of an anonymous namespace in a header file.
19737 ### <a name="Rs-unnamed2"></a>SF.22: Use an unnamed (anonymous) namespace for all internal/non-exported entities
19739 ##### Reason
19741 Nothing external can depend on an entity in a nested unnamed namespace.
19742 Consider putting every definition in an implementation source file in an unnamed namespace unless that is defining an "external/exported" entity.
19744 ##### Example; bad
19746     static int f();
19747     int g();
19748     static bool h();
19749     int k();
19751 ##### Example; good
19753     namespace {
19754         int f();
19755         bool h();
19756     }
19757     int g();
19758     int k();
19760 ##### Example
19762 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.
19764     ???
19766 ##### Enforcement
19768 * ???
19770 # <a name="S-stdlib"></a>SL: The Standard Library
19772 Using only the bare language, every task is tedious (in any language).
19773 Using a suitable library any task can be reasonably simple.
19775 The standard library has steadily grown over the years.
19776 Its description in the standard is now larger than that of the language features.
19777 So, it is likely that this library section of the guidelines will eventually grow in size to equal or exceed all the rest.
19779 << ??? We need another level of rule numbering ??? >>
19781 C++ Standard Library component summary:
19783 * [SL.con: Containers](#SS-con)
19784 * [SL.str: String](#SS-string)
19785 * [SL.io: Iostream](#SS-io)
19786 * [SL.regex: Regex](#SS-regex)
19787 * [SL.chrono: Time](#SS-chrono)
19788 * [SL.C: The C Standard Library](#SS-clib)
19790 Standard-library rule summary:
19792 * [SL.1: Use libraries wherever possible](#Rsl-lib)
19793 * [SL.2: Prefer the standard library to other libraries](#Rsl-sl)
19794 * [SL.3: Do not add non-standard entities to namespace `std`](#sl-std)
19795 * [SL.4: Use the standard library in a type-safe manner](#sl-safe)
19796 * ???
19798 ### <a name="Rsl-lib"></a>SL.1:  Use libraries wherever possible
19800 ##### Reason
19802 Save time. Don't re-invent the wheel.
19803 Don't replicate the work of others.
19804 Benefit from other people's work when they make improvements.
19805 Help other people when you make improvements.
19807 ### <a name="Rsl-sl"></a>SL.2: Prefer the standard library to other libraries
19809 ##### Reason
19811 More people know the standard library.
19812 It is more likely to be stable, well-maintained, and widely available than your own code or most other libraries.
19815 ### <a name="sl-std"></a>SL.3: Do not add non-standard entities to namespace `std`
19817 ##### Reason
19819 Adding to `std` might change the meaning of otherwise standards conforming code.
19820 Additions to `std` might clash with future versions of the standard.
19822 ##### Example
19824     namespace std { // BAD: violates standard
19826     class My_vector {
19827         //     . . .
19828     };
19830     }
19832     namespace Foo { // GOOD: user namespace is allowed
19834     class My_vector {
19835         //     . . .
19836     };
19838     }
19840 ##### Enforcement
19842 Possible, but messy and likely to cause problems with platforms.
19844 ### <a name="sl-safe"></a>SL.4: Use the standard library in a type-safe manner
19846 ##### Reason
19848 Because, obviously, breaking this rule can lead to undefined behavior, memory corruption, and all kinds of other bad errors.
19850 ##### Note
19852 This is a semi-philosophical meta-rule, which needs many supporting concrete rules.
19853 We need it as an umbrella for the more specific rules.
19855 Summary of more specific rules:
19857 * [SL.4: Use the standard library in a type-safe manner](#sl-safe)
19860 ## <a name="SS-con"></a>SL.con: Containers
19864 Container rule summary:
19866 * [SL.con.1: Prefer using STL `array` or `vector` instead of a C array](#Rsl-arrays)
19867 * [SL.con.2: Prefer using STL `vector` by default unless you have a reason to use a different container](#Rsl-vector)
19868 * [SL.con.3: Avoid bounds errors](#Rsl-bounds)
19869 * [SL.con.4: don't use `memset` or `memcpy` for arguments that are not trivially-copyable](#Rsl-copy)
19871 ### <a name="Rsl-arrays"></a>SL.con.1: Prefer using STL `array` or `vector` instead of a C array
19873 ##### Reason
19875 C arrays are less safe, and have no advantages over `array` and `vector`.
19876 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.
19877 Also, like a built-in array, a stack-allocated `std::array` keeps its elements on the stack.
19878 For a variable-length array, use `std::vector`, which additionally can change its size and handles memory allocation.
19880 ##### Example
19882     int v[SIZE];                        // BAD
19884     std::array<int, SIZE> w;            // ok
19886 ##### Example
19888     int* v = new int[initial_size];     // BAD, owning raw pointer
19889     delete[] v;                         // BAD, manual delete
19891     std::vector<int> w(initial_size);   // ok
19893 ##### Note
19895 Use `gsl::span` for non-owning references into a container.
19897 ##### Note
19899 Comparing the performance of a fixed-sized array allocated on the stack against a `vector` with its elements on the free store is bogus.
19900 You could just as well compare a `std::array` on the stack against the result of a `malloc()` accessed through a pointer.
19901 For most code, even the difference between stack allocation and free-store allocation doesn't matter, but the convenience and safety of `vector` does.
19902 People working with code for which that difference matters are quite capable of choosing between `array` and `vector`.
19904 ##### Enforcement
19906 * 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`.
19908 ### <a name="Rsl-vector"></a>SL.con.2: Prefer using STL `vector` by default unless you have a reason to use a different container
19910 ##### Reason
19912 `vector` and `array` are the only standard containers that offer the following advantages:
19914 * the fastest general-purpose access (random access, including being vectorization-friendly);
19915 * the fastest default access pattern (begin-to-end or end-to-begin is prefetcher-friendly);
19916 * the lowest space overhead (contiguous layout has zero per-element overhead, which is cache-friendly).
19918 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`.
19920 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.
19922 ##### Note
19924 `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.
19926 ##### Exceptions
19928 If you have a good reason to use another container, use that instead. For example:
19930 * If `vector` suits your needs but you don't need the container to be variable size, use `array` instead.
19932 * 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.
19934 ##### Note
19936 To initialize a vector with a number of elements, use `()`-initialization.
19937 To initialize a vector with a list of elements, use `{}`-initialization.
19939     vector<int> v1(20);  // v1 has 20 elements with the value 0 (vector<int>{})
19940     vector<int> v2 {20}; // v2 has 1 element with the value 20
19942 [Prefer the {}-initializer syntax](#Res-list).
19944 ##### Enforcement
19946 * 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.
19948 ### <a name="Rsl-bounds"></a>SL.con.3: Avoid bounds errors
19950 ##### Reason
19952 Read or write beyond an allocated range of elements typically leads to bad errors, wrong results, crashes, and security violations.
19954 ##### Note
19956 The standard-library functions that apply to ranges of elements all have (or could have) bounds-safe overloads that take `span`.
19957 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()`.
19959 Ideally, the in-bounds guarantee should be statically enforced.
19960 For example:
19962 * a range-`for` cannot loop beyond the range of the container to which it is applied
19963 * a `v.begin(),v.end()` is easily determined to be bounds safe
19965 Such loops are as fast as any unchecked/unsafe equivalent.
19967 Often a simple pre-check can eliminate the need for checking of individual indices.
19968 For example
19970 * for `v.begin(),v.begin()+i` the `i` can easily be checked against `v.size()`
19972 Such loops can be much faster than individually checked element accesses.
19974 ##### Example, bad
19976     void f()
19977     {
19978         array<int, 10> a, b;
19979         memset(a.data(), 0, 10);         // BAD, and contains a length error (length = 10 * sizeof(int))
19980         memcmp(a.data(), b.data(), 10);  // BAD, and contains a length error (length = 10 * sizeof(int))
19981     }
19983 Also, `std::array<>::fill()` or `std::fill()` or even an empty initializer are better candidates than `memset()`.
19985 ##### Example, good
19987     void f()
19988     {
19989         array<int, 10> a, b, c{};       // c is initialized to zero
19990         a.fill(0);
19991         fill(b.begin(), b.end(), 0);    // std::fill()
19992         fill(b, 0);                     // std::ranges::fill()
19994         if ( a == b ) {
19995           // ...
19996         }
19997     }
19999 ##### Example
20001 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.
20003     void f(std::vector<int>& v, std::array<int, 12> a, int i)
20004     {
20005         v[0] = a[0];        // BAD
20006         v.at(0) = a[0];     // OK (alternative 1)
20007         at(v, 0) = a[0];    // OK (alternative 2)
20009         v.at(0) = a[i];     // BAD
20010         v.at(0) = a.at(i);  // OK (alternative 1)
20011         v.at(0) = at(a, i); // OK (alternative 2)
20012     }
20014 ##### Enforcement
20016 * Issue a diagnostic for any call to a standard-library function that is not bounds-checked.
20017 ??? insert link to a list of banned functions
20019 This rule is part of the [bounds profile](#SS-bounds).
20022 ### <a name="Rsl-copy"></a>SL.con.4: don't use `memset` or `memcpy` for arguments that are not trivially-copyable
20024 ##### Reason
20026 Doing so messes the semantics of the objects (e.g., by overwriting a `vptr`).
20028 ##### Note
20030 Similarly for (w)memset, (w)memcpy, (w)memmove, and (w)memcmp
20032 ##### Example
20034     struct base {
20035         virtual void update() = 0;
20036     };
20038     struct derived : public base {
20039         void update() override {}
20040     };
20043     void f(derived& a, derived& b) // goodbye v-tables
20044     {
20045         memset(&a, 0, sizeof(derived));
20046         memcpy(&a, &b, sizeof(derived));
20047         memcmp(&a, &b, sizeof(derived));
20048     }
20050 Instead, define proper default initialization, copy, and comparison functions
20052     void g(derived& a, derived& b)
20053     {
20054         a = {};    // default initialize
20055         b = a;     // copy
20056         if (a == b) do_something(a, b);
20057     }
20059 ##### Enforcement
20061 * Flag the use of those functions for types that are not trivially copyable
20063 **TODO Notes**:
20065 * Impact on the standard library will require close coordination with WG21, if only to ensure compatibility even if never standardized.
20066 * We are considering specifying bounds-safe overloads for stdlib (especially C stdlib) functions like `memcmp` and shipping them in the GSL.
20067 * 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).
20071 ## <a name="SS-string"></a>SL.str: String
20073 Text manipulation is a huge topic.
20074 `std::string` doesn't cover all of it.
20075 This section primarily tries to clarify `std::string`'s relation to `char*`, `zstring`, `string_view`, and `gsl::span<char>`.
20076 The important issue of non-ASCII character sets and encodings (e.g., `wchar_t`, Unicode, and UTF-8) will be covered elsewhere.
20078 **See also**: [regular expressions](#SS-regex)
20080 Here, we use "sequence of characters" or "string" to refer to a sequence of characters meant to be read as text (somehow, eventually).
20081 We don't consider ???
20083 String summary:
20085 * [SL.str.1: Use `std::string` to own character sequences](#Rstr-string)
20086 * [SL.str.2: Use `std::string_view` or `gsl::span<char>` to refer to character sequences](#Rstr-view)
20087 * [SL.str.3: Use `zstring` or `czstring` to refer to a C-style, zero-terminated, sequence of characters](#Rstr-zstring)
20088 * [SL.str.4: Use `char*` to refer to a single character](#Rstr-char*)
20089 * [SL.str.5: Use `std::byte` to refer to byte values that do not necessarily represent characters](#Rstr-byte)
20091 * [SL.str.10: Use `std::string` when you need to perform locale-sensitive string operations](#Rstr-locale)
20092 * [SL.str.11: Use `gsl::span<char>` rather than `std::string_view` when you need to mutate a string](#Rstr-span)
20093 * [SL.str.12: Use the `s` suffix for string literals meant to be standard-library `string`s](#Rstr-s)
20095 **See also**:
20097 * [F.24 span](#Rf-range)
20098 * [F.25 zstring](#Rf-zstring)
20101 ### <a name="Rstr-string"></a>SL.str.1: Use `std::string` to own character sequences
20103 ##### Reason
20105 `string` correctly handles allocation, ownership, copying, gradual expansion, and offers a variety of useful operations.
20107 ##### Example
20109     vector<string> read_until(const string& terminator)
20110     {
20111         vector<string> res;
20112         for (string s; cin >> s && s != terminator; ) // read a word
20113             res.push_back(s);
20114         return res;
20115     }
20117 Note how `>>` and `!=` are provided for `string` (as examples of useful operations) and there are no explicit
20118 allocations, deallocations, or range checks (`string` takes care of those).
20120 In C++17, we might use `string_view` as the argument, rather than `const string&` to allow more flexibility to callers:
20122     vector<string> read_until(string_view terminator)   // C++17
20123     {
20124         vector<string> res;
20125         for (string s; cin >> s && s != terminator; ) // read a word
20126             res.push_back(s);
20127         return res;
20128     }
20130 ##### Example, bad
20132 Don't use C-style strings for operations that require non-trivial memory management
20134     char* cat(const char* s1, const char* s2)   // beware!
20135         // return s1 + '.' + s2
20136     {
20137         int l1 = strlen(s1);
20138         int l2 = strlen(s2);
20139         char* p = (char*) malloc(l1 + l2 + 2);
20140         strcpy(p, s1, l1);
20141         p[l1] = '.';
20142         strcpy(p + l1 + 1, s2, l2);
20143         p[l1 + l2 + 1] = 0;
20144         return p;
20145     }
20147 Did we get that right?
20148 Will the caller remember to `free()` the returned pointer?
20149 Will this code pass a security review?
20151 ##### Note
20153 Do not assume that `string` is slower than lower-level techniques without measurement and remember that not all code is performance critical.
20154 [Don't optimize prematurely](#Rper-Knuth)
20156 ##### Enforcement
20160 ### <a name="Rstr-view"></a>SL.str.2: Use `std::string_view` or `gsl::span<char>` to refer to character sequences
20162 ##### Reason
20164 `std::string_view` or `gsl::span<char>` provides simple and (potentially) safe access to character sequences independently of how
20165 those sequences are allocated and stored.
20167 ##### Example
20169     vector<string> read_until(string_view terminator);
20171     void user(zstring p, const string& s, string_view ss)
20172     {
20173         auto v1 = read_until(p);
20174         auto v2 = read_until(s);
20175         auto v3 = read_until(ss);
20176         // ...
20177     }
20179 ##### Note
20181 `std::string_view` (C++17) is read-only.
20183 ##### Enforcement
20187 ### <a name="Rstr-zstring"></a>SL.str.3: Use `zstring` or `czstring` to refer to a C-style, zero-terminated, sequence of characters
20189 ##### Reason
20191 Readability.
20192 Statement of intent.
20193 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.
20194 Distinguishing these alternatives prevents misunderstandings and bugs.
20196 ##### Example
20198     void f1(const char* s); // s is probably a string
20200 All we know is that it is supposed to be the nullptr or point to at least one character
20202     void f1(zstring s);     // s is a C-style string or the nullptr
20203     void f1(czstring s);    // s is a C-style string constant or the nullptr
20204     void f1(std::byte* s);  // s is a pointer to a byte (C++17)
20206 ##### Note
20208 Don't convert a C-style string to `string` unless there is a reason to.
20210 ##### Note
20212 Like any other "plain pointer", a `zstring` should not represent ownership.
20214 ##### Note
20216 There are billions of lines of C++ "out there", most use `char*` and `const char*` without documenting intent.
20217 They are used in a wide variety of ways, including to represent ownership and as generic pointers to memory (instead of `void*`).
20218 It is hard to separate these uses, so this guideline is hard to follow.
20219 This is one of the major sources of bugs in C and C++ programs, so it is worthwhile to follow this guideline wherever feasible.
20221 ##### Enforcement
20223 * Flag uses of `[]` on a `char*`
20224 * Flag uses of `delete` on a `char*`
20225 * Flag uses of `free()` on a `char*`
20227 ### <a name="Rstr-char*"></a>SL.str.4: Use `char*` to refer to a single character
20229 ##### Reason
20231 The variety of uses of `char*` in current code is a major source of errors.
20233 ##### Example, bad
20235     char arr[] = {'a', 'b', 'c'};
20237     void print(const char* p)
20238     {
20239         cout << p << '\n';
20240     }
20242     void use()
20243     {
20244         print(arr);   // run-time error; potentially very bad
20245     }
20247 The array `arr` is not a C-style string because it is not zero-terminated.
20249 ##### Alternative
20251 See [`zstring`](#Rstr-zstring), [`string`](#Rstr-string), and [`string_view`](#Rstr-view).
20253 ##### Enforcement
20255 * Flag uses of `[]` on a `char*`
20257 ### <a name="Rstr-byte"></a>SL.str.5: Use `std::byte` to refer to byte values that do not necessarily represent characters
20259 ##### Reason
20261 Use of `char*` to represent a pointer to something that is not necessarily a character causes confusion
20262 and disables valuable optimizations.
20264 ##### Example
20266     ???
20268 ##### Note
20270 C++17
20272 ##### Enforcement
20277 ### <a name="Rstr-locale"></a>SL.str.10: Use `std::string` when you need to perform locale-sensitive string operations
20279 ##### Reason
20281 `std::string` supports standard-library [`locale` facilities](#Rstr-locale)
20283 ##### Example
20285     ???
20287 ##### Note
20291 ##### Enforcement
20295 ### <a name="Rstr-span"></a>SL.str.11: Use `gsl::span<char>` rather than `std::string_view` when you need to mutate a string
20297 ##### Reason
20299 `std::string_view` is read-only.
20301 ##### Example
20305 ##### Note
20309 ##### Enforcement
20311 The compiler will flag attempts to write to a `string_view`.
20313 ### <a name="Rstr-s"></a>SL.str.12: Use the `s` suffix for string literals meant to be standard-library `string`s
20315 ##### Reason
20317 Direct expression of an idea minimizes mistakes.
20319 ##### Example
20321     auto pp1 = make_pair("Tokyo", 9.00);         // {C-style string,double} intended?
20322     pair<string, double> pp2 = {"Tokyo", 9.00};  // a bit verbose
20323     auto pp3 = make_pair("Tokyo"s, 9.00);        // {std::string,double}    // C++14
20324     pair pp4 = {"Tokyo"s, 9.00};                 // {std::string,double}    // C++17
20328 ##### Enforcement
20333 ## <a name="SS-io"></a>SL.io: Iostream
20335 `iostream`s is a type safe, extensible, formatted and unformatted I/O library for streaming I/O.
20336 It supports multiple (and user extensible) buffering strategies and multiple locales.
20337 It can be used for conventional I/O, reading and writing to memory (string streams),
20338 and user-defined extensions, such as streaming across networks (asio: not yet standardized).
20340 Iostream rule summary:
20342 * [SL.io.1: Use character-level input only when you have to](#Rio-low)
20343 * [SL.io.2: When reading, always consider ill-formed input](#Rio-validate)
20344 * [SL.io.3: Prefer iostreams for I/O](#Rio-streams)
20345 * [SL.io.10: Unless you use `printf`-family functions call `ios_base::sync_with_stdio(false)`](#Rio-sync)
20346 * [SL.io.50: Avoid `endl`](#Rio-endl)
20347 * [???](#???)
20349 ### <a name="Rio-low"></a>SL.io.1: Use character-level input only when you have to
20351 ##### Reason
20353 Unless you genuinely just deal with individual characters, using character-level input leads to the user code performing potentially error-prone
20354 and potentially inefficient composition of tokens out of characters.
20356 ##### Example
20358     char c;
20359     char buf[128];
20360     int i = 0;
20361     while (cin.get(c) && !isspace(c) && i < 128)
20362         buf[i++] = c;
20363     if (i == 128) {
20364         // ... handle too long string ....
20365     }
20367 Better (much simpler and probably faster):
20369     string s;
20370     s.reserve(128);
20371     cin >> s;
20373 and the `reserve(128)` is probably not worthwhile.
20375 ##### Enforcement
20380 ### <a name="Rio-validate"></a>SL.io.2: When reading, always consider ill-formed input
20382 ##### Reason
20384 Errors are typically best handled as soon as possible.
20385 If input isn't validated, every function must be written to cope with bad data (and that is not practical).
20387 ##### Example
20389     ???
20391 ##### Enforcement
20395 ### <a name="Rio-streams"></a>SL.io.3: Prefer `iostream`s for I/O
20397 ##### Reason
20399 `iostream`s are safe, flexible, and extensible.
20401 ##### Example
20403     // write a complex number:
20404     complex<double> z{ 3, 4 };
20405     cout << z << '\n';
20407 `complex` is a user-defined type and its I/O is defined without modifying the `iostream` library.
20409 ##### Example
20411     // read a file of complex numbers:
20412     for (complex<double> z; cin >> z; )
20413         v.push_back(z);
20415 ##### Exception
20417 ??? performance ???
20419 ##### Discussion: `iostream`s vs. the `printf()` family
20421 It is often (and often correctly) pointed out that the `printf()` family has two advantages compared to `iostream`s:
20422 flexibility of formatting and performance.
20423 This has to be weighed against `iostream`s advantages of extensibility to handle user-defined types, resilience against security violations,
20424 implicit memory management, and `locale` handling.
20426 If you need I/O performance, you can almost always do better than `printf()`.
20428 `gets()`, `scanf()` using `%s`, and `printf()` using `%s` are security hazards (vulnerable to buffer overflow and generally error-prone).
20429 C11 defines some "optional extensions" that do extra checking of their arguments.
20430 If present in your C library, `gets_s()`, `scanf_s()`, and `printf_s()` might be safer alternatives, but they are still not type safe.
20432 ##### Enforcement
20434 Optionally flag `<cstdio>` and `<stdio.h>`.
20436 ### <a name="Rio-sync"></a>SL.io.10: Unless you use `printf`-family functions call `ios_base::sync_with_stdio(false)`
20438 ##### Reason
20440 Synchronizing `iostreams` with `printf-style` I/O can be costly.
20441 `cin` and `cout` are by default synchronized with `printf`.
20443 ##### Example
20445     int main()
20446     {
20447         ios_base::sync_with_stdio(false);
20448         // ... use iostreams ...
20449     }
20451 ##### Enforcement
20455 ### <a name="Rio-endl"></a>SL.io.50: Avoid `endl`
20457 ##### Reason
20459 The `endl` manipulator is mostly equivalent to `'\n'` and `"\n"`;
20460 as most commonly used it simply slows down output by doing redundant `flush()`s.
20461 This slowdown can be significant compared to `printf`-style output.
20463 ##### Example
20465     cout << "Hello, World!" << endl;    // two output operations and a flush
20466     cout << "Hello, World!\n";          // one output operation and no flush
20468 ##### Note
20470 For `cin`/`cout` (and equivalent) interaction, there is no reason to flush; that's done automatically.
20471 For writing to a file, there is rarely a need to `flush`.
20473 ##### Note
20475 For string streams (specifically `ostringstream`), the insertion of an `endl` is entirely equivalent
20476 to the insertion of a `'\n'` character, but also in this case, `endl` might be significantly slower.
20478 `endl` does *not* take care of producing a platform specific end-of-line sequence (like `"\r\n"` on
20479 Windows). So for a string stream, `s << endl` just inserts a *single* character, `'\n'`.
20481 ##### Note
20483 Apart from the (occasionally important) issue of performance,
20484 the choice between `'\n'` and `endl` is almost completely aesthetic.
20486 ## <a name="SS-regex"></a>SL.regex: Regex
20488 `<regex>` is the standard C++ regular expression library.
20489 It supports a variety of regular expression pattern conventions.
20491 ## <a name="SS-chrono"></a>SL.chrono: Time
20493 `<chrono>` (defined in namespace `std::chrono`) provides the notions of `time_point` and `duration` together with functions for
20494 outputting time in various units.
20495 It provides clocks for registering `time_points`.
20497 ## <a name="SS-clib"></a>SL.C: The C Standard Library
20501 C Standard Library rule summary:
20503 * [SL.C.1: Don't use setjmp/longjmp](#Rclib-jmp)
20504 * [???](#???)
20505 * [???](#???)
20507 ### <a name="Rclib-jmp"></a>SL.C.1: Don't use setjmp/longjmp
20509 ##### Reason
20511 a `longjmp` ignores destructors, thus invalidating all resource-management strategies relying on RAII
20513 ##### Enforcement
20515 Flag all occurrences of `longjmp`and `setjmp`
20519 # <a name="S-A"></a>A: Architectural ideas
20521 This section contains ideas about higher-level architectural ideas and libraries.
20523 Architectural rule summary:
20525 * [A.1: Separate stable code from less stable code](#Ra-stable)
20526 * [A.2: Express potentially reusable parts as a library](#Ra-lib)
20527 * [A.4: There should be no cycles among libraries](#Ra-dag)
20528 * [???](#???)
20529 * [???](#???)
20530 * [???](#???)
20531 * [???](#???)
20532 * [???](#???)
20533 * [???](#???)
20535 ### <a name="Ra-stable"></a>A.1: Separate stable code from less stable code
20537 Isolating less stable code facilitates its unit testing, interface improvement, refactoring, and eventual deprecation.
20539 ### <a name="Ra-lib"></a>A.2: Express potentially reusable parts as a library
20541 ##### Reason
20543 ##### Note
20545 A library is a collection of declarations and definitions maintained, documented, and shipped together.
20546 A library could be a set of headers (a "header-only library") or a set of headers plus a set of object files.
20547 You can statically or dynamically link a library into a program, or you can `#include` a header-only library.
20550 ### <a name="Ra-dag"></a>A.4: There should be no cycles among libraries
20552 ##### Reason
20554 * A cycle complicates the build process.
20555 * Cycles are hard to understand and might introduce indeterminism (unspecified behavior).
20557 ##### Note
20559 A library can contain cyclic references in the definition of its components.
20560 For example:
20562     ???
20564 However, a library should not depend on another that depends on it.
20567 # <a name="S-not"></a>NR: Non-Rules and myths
20569 This section contains rules and guidelines that are popular somewhere, but that we deliberately don't recommend.
20570 We know perfectly well that there have been times and places where these rules made sense, and we have used them ourselves at times.
20571 However, in the context of the styles of programming we recommend and support with the guidelines, these "non-rules" would do harm.
20573 Even today, there can be contexts where the rules make sense.
20574 For example, lack of suitable tool support can make exceptions unsuitable in hard-real-time systems,
20575 but please don't naïvely trust "common wisdom" (e.g., unsupported statements about "efficiency");
20576 such "wisdom" might be based on decades-old information or experiences from languages with very different properties than C++
20577 (e.g., C or Java).
20579 The positive arguments for alternatives to these non-rules are listed in the rules offered as "Alternatives".
20581 Non-rule summary:
20583 * [NR.1: Don't insist that all declarations should be at the top of a function](#Rnr-top)
20584 * [NR.2: Don't insist to have only a single `return`-statement in a function](#Rnr-single-return)
20585 * [NR.3: Don't avoid exceptions](#Rnr-no-exceptions)
20586 * [NR.4: Don't insist on placing each class definition in its own source file](#Rnr-lots-of-files)
20587 * [NR.5: Don't use two-phase initialization](#Rnr-two-phase-init)
20588 * [NR.6: Don't place all cleanup actions at the end of a function and `goto exit`](#Rnr-goto-exit)
20589 * [NR.7: Don't make all data members `protected`](#Rnr-protected-data)
20590 * ???
20592 ### <a name="Rnr-top"></a>NR.1: Don't insist that all declarations should be at the top of a function
20594 ##### Reason
20596 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.
20597 This leads to longer programs and more errors caused by uninitialized and wrongly initialized variables.
20599 ##### Example, bad
20601     int use(int x)
20602     {
20603         int i;
20604         char c;
20605         double d;
20607         // ... some stuff ...
20609         if (x < i) {
20610             // ...
20611             i = f(x, d);
20612         }
20613         if (i < x) {
20614             // ...
20615             i = g(x, c);
20616         }
20617         return i;
20618     }
20620 The larger the distance between the uninitialized variable and its use, the larger the chance of a bug.
20621 Fortunately, compilers catch many "used before set" errors.
20622 Unfortunately, compilers cannot catch all such errors and unfortunately, the bugs aren't always as simple to spot as in this small example.
20625 ##### Alternative
20627 * [Always initialize an object](#Res-always)
20628 * [ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it](#Res-introduce)
20630 ### <a name="Rnr-single-return"></a>NR.2: Don't insist to have only a single `return`-statement in a function
20632 ##### Reason
20634 The single-return rule can lead to unnecessarily convoluted code and the introduction of extra state variables.
20635 In particular, the single-return rule makes it harder to concentrate error checking at the top of a function.
20637 ##### Example
20639     template<class T>
20640     //  requires Number<T>
20641     string sign(T x)
20642     {
20643         if (x < 0)
20644             return "negative";
20645         if (x > 0)
20646             return "positive";
20647         return "zero";
20648     }
20650 to use a single return only we would have to do something like
20652     template<class T>
20653     //  requires Number<T>
20654     string sign(T x)        // bad
20655     {
20656         string res;
20657         if (x < 0)
20658             res = "negative";
20659         else if (x > 0)
20660             res = "positive";
20661         else
20662             res = "zero";
20663         return res;
20664     }
20666 This is both longer and likely to be less efficient.
20667 The larger and more complicated the function is, the more painful the workarounds get.
20668 Of course many simple functions will naturally have just one `return` because of their simpler inherent logic.
20670 ##### Example
20672     int index(const char* p)
20673     {
20674         if (!p) return -1;  // error indicator: alternatively "throw nullptr_error{}"
20675         // ... do a lookup to find the index for p
20676         return i;
20677     }
20679 If we applied the rule, we'd get something like
20681     int index2(const char* p)
20682     {
20683         int i;
20684         if (!p)
20685             i = -1;  // error indicator
20686         else {
20687             // ... do a lookup to find the index for p
20688         }
20689         return i;
20690     }
20692 Note that we (deliberately) violated the rule against uninitialized variables because this style commonly leads to that.
20693 Also, this style is a temptation to use the [goto exit](#Rnr-goto-exit) non-rule.
20695 ##### Alternative
20697 * Keep functions short and simple
20698 * Feel free to use multiple `return` statements (and to throw exceptions).
20700 ### <a name="Rnr-no-exceptions"></a>NR.3: Don't avoid exceptions
20702 ##### Reason
20704 There seem to be four main reasons given for not using exceptions:
20706 * exceptions are inefficient
20707 * exceptions lead to leaks and errors
20708 * exception performance is not predictable
20709 * the exception-handling run-time support takes up too much space
20711 There is no way we can settle this issue to the satisfaction of everybody.
20712 After all, the discussions about exceptions have been going on for 40+ years.
20713 Some languages cannot be used without exceptions, but others do not support them.
20714 This leads to strong traditions for the use and non-use of exceptions, and to heated debates.
20716 However, we can briefly outline why we consider exceptions the best alternative for general-purpose programming
20717 and in the context of these guidelines.
20718 Simple arguments for and against are often inconclusive.
20719 There are specialized applications where exceptions indeed can be inappropriate
20720 (e.g., hard-real-time systems without support for reliable estimates of the cost of handling an exception).
20722 Consider the major objections to exceptions in turn
20724 * Exceptions are inefficient:
20725 Compared to what?
20726 When comparing make sure that the same set of errors are handled and that they are handled equivalently.
20727 In particular, do not compare a program that immediately terminates on seeing an error to a program
20728 that carefully cleans up resources before logging an error.
20729 Yes, some systems have poor exception handling implementations; sometimes, such implementations force us to use
20730 other error-handling approaches, but that's not a fundamental problem with exceptions.
20731 When using an efficiency argument - in any context - be careful that you have good data that actually provides
20732 insight into the problem under discussion.
20733 * Exceptions lead to leaks and errors.
20734 They do not.
20735 If your program is a rat's nest of pointers without an overall strategy for resource management,
20736 you have a problem whatever you do.
20737 If your system consists of a million lines of such code,
20738 you probably will not be able to use exceptions,
20739 but that's a problem with excessive and undisciplined pointer use, rather than with exceptions.
20740 In our opinion, you need RAII to make exception-based error handling simple and safe -- simpler and safer than alternatives.
20741 * Exception performance is not predictable.
20742 If you are in a hard-real-time system where you must guarantee completion of a task in a given time,
20743 you need tools to back up such guarantees.
20744 As far as we know such tools are not available (at least not to most programmers).
20745 * The exception-handling run-time support takes up too much space.
20746 This can be the case in small (usually embedded) systems.
20747 However, before abandoning exceptions consider what space consistent error-handling using error-codes would require
20748 and what failure to catch an error would cost.
20750 Many, possibly most, problems with exceptions stem from historical needs to interact with messy old code.
20752 The fundamental arguments for the use of exceptions are
20754 * They clearly differentiate between erroneous return and ordinary return
20755 * They cannot be forgotten or ignored
20756 * They can be used systematically
20758 Remember
20760 * Exceptions are for reporting errors (in C++; other languages can have different uses for exceptions).
20761 * Exceptions are not for errors that can be handled locally.
20762 * Don't try to catch every exception in every function (that's tedious, clumsy, and leads to slow code).
20763 * Exceptions are not for errors that require instant termination of a module/system after a non-recoverable error.
20765 ##### Example
20767     ???
20769 ##### Alternative
20771 * [RAII](#Re-raii)
20772 * Contracts/assertions: Use GSL's `Expects` and `Ensures` (until we get language support for contracts)
20774 ### <a name="Rnr-lots-of-files"></a>NR.4: Don't insist on placing each class definition in its own source file
20776 ##### Reason
20778 The resulting number of files from placing each class in its own file are hard to manage and can slow down compilation.
20779 Individual classes are rarely a good logical unit of maintenance and distribution.
20781 ##### Example
20783     ???
20785 ##### Alternative
20787 * Use namespaces containing logically cohesive sets of classes and functions.
20789 ### <a name="Rnr-two-phase-init"></a>NR.5: Don't use two-phase initialization
20791 ##### Reason
20793 Splitting initialization into two leads to weaker invariants,
20794 more complicated code (having to deal with semi-constructed objects),
20795 and errors (when we didn't deal correctly with semi-constructed objects consistently).
20797 ##### Example, bad
20799     // Old conventional style: many problems
20801     class Picture
20802     {
20803         int mx;
20804         int my;
20805         int * data;
20806     public:
20807         // main problem: constructor does not fully construct
20808         Picture(int x, int y)
20809         {
20810             mx = x;         // also bad: assignment in constructor body
20811                             // rather than in member initializer
20812             my = y;
20813             data = nullptr; // also bad: constant initialization in constructor
20814                             // rather than in member initializer
20815         }
20817         ~Picture()
20818         {
20819             Cleanup();
20820         }
20822         // ...
20824         // bad: two-phase initialization
20825         bool Init()
20826         {
20827             // invariant checks
20828             if (mx <= 0 || my <= 0) {
20829                 return false;
20830             }
20831             if (data) {
20832                 return false;
20833             }
20834             data = (int*) malloc(mx*my*sizeof(int));   // also bad: owning raw * and malloc
20835             return data != nullptr;
20836         }
20838         // also bad: no reason to make cleanup a separate function
20839         void Cleanup()
20840         {
20841             if (data) free(data);
20842             data = nullptr;
20843         }
20844     };
20846     Picture picture(100, 0); // not ready-to-use picture here
20847     // this will fail..
20848     if (!picture.Init()) {
20849         puts("Error, invalid picture");
20850     }
20851     // now have an invalid picture object instance.
20853 ##### Example, good
20855     class Picture
20856     {
20857         int mx;
20858         int my;
20859         vector<int> data;
20861         static int check_size(int size)
20862         {
20863             // invariant check
20864             Expects(size > 0);
20865             return size;
20866         }
20868     public:
20869         // even better would be a class for a 2D Size as one single parameter
20870         Picture(int x, int y)
20871             : mx(check_size(x))
20872             , my(check_size(y))
20873             // now we know x and y have a valid size
20874             , data(mx * my) // will throw std::bad_alloc on error
20875         {
20876             // picture is ready-to-use
20877         }
20879         // compiler generated dtor does the job. (also see C.21)
20881         // ...
20882     };
20884     Picture picture1(100, 100);
20885     // picture1 is ready-to-use here...
20887     // not a valid size for y,
20888     // default contract violation behavior will call std::terminate then
20889     Picture picture2(100, 0);
20890     // not reach here...
20892 ##### Alternative
20894 * Always establish a class invariant in a constructor.
20895 * Don't define an object before it is needed.
20897 ### <a name="Rnr-goto-exit"></a>NR.6: Don't place all cleanup actions at the end of a function and `goto exit`
20899 ##### Reason
20901 `goto` is error-prone.
20902 This technique is a pre-exception technique for RAII-like resource and error handling.
20904 ##### Example, bad
20906     void do_something(int n)
20907     {
20908         if (n < 100) goto exit;
20909         // ...
20910         int* p = (int*) malloc(n);
20911         // ...
20912         if (some_error) goto_exit;
20913         // ...
20914     exit:
20915         free(p);
20916     }
20918 and spot the bug.
20920 ##### Alternative
20922 * Use exceptions and [RAII](#Re-raii)
20923 * for non-RAII resources, use [`finally`](#Re-finally).
20925 ### <a name="Rnr-protected-data"></a>NR.7: Don't make all data members `protected`
20927 ##### Reason
20929 `protected` data is a source of errors.
20930 `protected` data can be manipulated from an unbounded amount of code in various places.
20931 `protected` data is the class hierarchy equivalent to global data.
20933 ##### Example
20935     ???
20937 ##### Alternative
20939 * [Make member data `public` or (preferably) `private`](#Rh-protected)
20942 # <a name="S-references"></a>RF: References
20944 Many coding standards, rules, and guidelines have been written for C++, and especially for specialized uses of C++.
20945 Many
20947 * focus on lower-level issues, such as the spelling of identifiers
20948 * are written by C++ novices
20949 * see "stopping programmers from doing unusual things" as their primary aim
20950 * aim at portability across many compilers (some 10 years old)
20951 * are written to preserve decades old code bases
20952 * aim at a single application domain
20953 * are downright counterproductive
20954 * are ignored (must be ignored by programmers to get their work done well)
20956 A bad coding standard is worse than no coding standard.
20957 However an appropriate set of guidelines are much better than no standards: "Form is liberating."
20959 Why can't we just have a language that allows all we want and disallows all we don't want ("a perfect language")?
20960 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.
20961 Also, your needs change over time and a general-purpose language is needed to allow you to adapt.
20962 A language that is ideal for today would be overly restrictive tomorrow.
20964 Coding guidelines adapt the use of a language to specific needs.
20965 Thus, there cannot be a single coding style for everybody.
20966 We expect different organizations to provide additions, typically with more restrictions and firmer style rules.
20968 Reference sections:
20970 * [RF.rules: Coding rules](#SS-rules)
20971 * [RF.books: Books with coding guidelines](#SS-books)
20972 * [RF.C++: C++ Programming (C++11/C++14/C++17)](#SS-Cplusplus)
20973 * [RF.web: Websites](#SS-web)
20974 * [RS.video: Videos about "modern C++"](#SS-vid)
20975 * [RF.man: Manuals](#SS-man)
20976 * [RF.core: Core Guidelines materials](#SS-core)
20978 ## <a name="SS-rules"></a>RF.rules: Coding rules
20980 * [AUTOSAR Guidelines for the use of the C++14 language in critical and safety-related systems v17.10](https://web.archive.org/web/20220629085753/https://www.autosar.org/fileadmin/user_upload/standards/adaptive/17-03/AUTOSAR_RS_CPP14Guidelines.pdf)
20981 * [Boost Library Requirements and Guidelines](http://www.boost.org/development/requirements.html).
20982   ???.
20983 * [Bloomberg: BDE C++ Coding](https://github.com/bloomberg/bde/wiki/CodingStandards.pdf).
20984   Has a strong emphasis on code organization and layout.
20985 * Facebook: ???
20986 * [GCC Coding Conventions](https://gcc.gnu.org/codingconventions.html).
20987   C++03 and (reasonably) a bit backwards looking.
20988 * [Google C++ Style Guide](https://google.github.io/styleguide/cppguide.html).
20989   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.
20990 * [JSF++: JOINT STRIKE FIGHTER AIR VEHICLE C++ CODING STANDARDS](http://www.stroustrup.com/JSF-AV-rules.pdf).
20991   Document Number 2RDU00001 Rev C. December 2005.
20992   For flight control software.
20993   For hard-real-time.
20994   This means that it is necessarily very restrictive ("if the program fails somebody dies").
20995   For example, no free store allocation or deallocation is allowed to occur after the plane takes off (no memory overflow and no fragmentation allowed).
20996   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).
20997   Libraries used have to have been approved for mission critical applications.
20998   Any similarities to this set of guidelines are unsurprising because Bjarne Stroustrup was an author of JSF++.
20999   Recommended, but note its very specific focus.
21000 * [MISRA C++:2023 Guidelines for the use C++17 in critical systems](https://misra.org.uk/product/misra-cpp2023/).
21001 * [Using C++ in Mozilla Code](https://firefox-source-docs.mozilla.org/code-quality/coding-style/using_cxx_in_firefox_code.html).
21002   As the name indicates, this aims for portability across many (old) compilers.
21003   As such, it is restrictive.
21004 * [Geosoft.no: C++ Programming Style Guidelines](http://geosoft.no/development/cppstyle.html).
21005   ???.
21006 * [Possibility.com: C++ Coding Standard](http://www.possibility.com/Cpp/CppCodingStandard.html).
21007   ???.
21008 * [SEI CERT: Secure C++ Coding Standard](https://wiki.sei.cmu.edu/confluence/x/Wnw-BQ).
21009   A very nicely done set of rules (with examples and rationales) done for security-sensitive code.
21010   Many of their rules apply generally.
21011 * [High Integrity C++ Coding Standard](http://www.codingstandard.com/).
21012 * [llvm](http://llvm.org/docs/CodingStandards.html).
21013   Somewhat brief, based on C++14, and (not unreasonably) adjusted to its domain.
21014 * ???
21016 ## <a name="SS-books"></a>RF.books: Books with coding guidelines
21018 * [Meyers96](#Meyers96) Scott Meyers: *More Effective C++*. Addison-Wesley 1996.
21019 * [Meyers97](#Meyers97) Scott Meyers: *Effective C++, Second Edition*. Addison-Wesley 1997.
21020 * [Meyers01](#Meyers01) Scott Meyers: *Effective STL*. Addison-Wesley 2001.
21021 * [Meyers05](#Meyers05) Scott Meyers: *Effective C++, Third Edition*. Addison-Wesley 2005.
21022 * [Meyers15](#Meyers15) Scott Meyers: *Effective Modern C++*. O'Reilly 2015.
21023 * [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.
21024 * [Stroustrup05](#Stroustrup05) Bjarne Stroustrup: [A rationale for semantically enhanced library languages](http://www.stroustrup.com/SELLrationale.pdf).
21025   LCSD05. October 2005.
21026 * [Stroustrup14](#Stroustrup05) Stroustrup: [A Tour of C++](http://www.stroustrup.com/Tour.html).
21027   Addison Wesley 2014.
21028   Each chapter ends with an advice section consisting of a set of recommendations.
21029 * [Stroustrup13](#Stroustrup13) Stroustrup: [The C++ Programming Language (4th Edition)](http://www.stroustrup.com/4th.html).
21030   Addison Wesley 2013.
21031   Each chapter ends with an advice section consisting of a set of recommendations.
21032 * Stroustrup: [Style Guide](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf)
21033   for [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html).
21034   Mostly low-level naming and layout rules.
21035   Primarily a teaching tool.
21037 ## <a name="SS-Cplusplus"></a>RF.C++: C++ Programming (C++11/C++14)
21039 * [TC++PL4](http://www.stroustrup.com/4th.html):
21040 A thorough description of the C++ language and standard libraries for experienced programmers.
21041 * [Tour++](http://www.stroustrup.com/Tour.html):
21042 An overview of the C++ language and standard libraries for experienced programmers.
21043 * [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html):
21044 A textbook for beginners and relative novices.
21046 ## <a name="SS-web"></a>RF.web: Websites
21048 * [isocpp.org](https://isocpp.org)
21049 * [Bjarne Stroustrup's home pages](http://www.stroustrup.com)
21050 * [WG21](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/)
21051 * [Boost](http://www.boost.org)<a name="Boost"></a>
21052 * [Adobe open source](https://opensource.adobe.com/)
21053 * [Poco libraries](http://pocoproject.org/)
21054 * Sutter's Mill?
21055 * ???
21057 ## <a name="SS-vid"></a>RS.video: Videos about "modern C++"
21059 * Bjarne Stroustrup: [C++11 Style](http://channel9.msdn.com/Events/GoingNative/GoingNative-2012/Keynote-Bjarne-Stroustrup-Cpp11-Style). 2012.
21060 * 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
21061 * All the talks from [CppCon '14](https://isocpp.org/blog/2014/11/cppcon-videos-c9)
21062 * Bjarne Stroustrup: [The essence of C++](https://www.youtube.com/watch?v=86xWVb4XIyE) at the University of Edinburgh. 2014.
21063 * Bjarne Stroustrup: [The Evolution of C++ Past, Present and Future](https://www.youtube.com/watch?v=_wzc7a3McOs). CppCon 2016 keynote.
21064 * Bjarne Stroustrup: [Make Simple Tasks Simple!](https://www.youtube.com/watch?v=nesCaocNjtQ). CppCon 2014 keynote.
21065 * Bjarne Stroustrup: [Writing Good C++14](https://www.youtube.com/watch?v=1OEu9C51K2A). CppCon 2015 keynote about the Core Guidelines.
21066 * Herb Sutter: [Writing Good C++14... By Default](https://www.youtube.com/watch?v=hEx5DNLWGgA). CppCon 2015 keynote about the Core Guidelines.
21067 * CppCon 15
21068 * ??? C++ Next
21069 * ??? Meting C++
21070 * ??? more ???
21072 ## <a name="SS-man"></a>RF.man: Manuals
21074 * ISO C++ Standard C++11.
21075 * ISO C++ Standard C++14.
21076 * [ISO C++ Standard C++17](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4606.pdf). Committee Draft.
21077 * [Palo Alto "Concepts" TR](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2012/n3351.pdf).
21078 * [ISO C++ Concepts TS](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
21079 * [WG21 Ranges report](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4569.pdf). Draft.
21082 ## <a name="SS-core"></a>RF.core: Core Guidelines materials
21084 This section contains materials that have been useful for presenting the core guidelines and the ideas behind them:
21086 * [Our documents directory](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/tree/master/docs)
21087 * 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.
21088 * Sergey Zubkov: [a Core Guidelines talk](https://www.youtube.com/watch?v=DyLwdl_6vmU)
21089 and here are the [slides](http://2017.cppconf.ru/talks/sergey-zubkov). In Russian. 2017.
21090 * Neil MacIntosh: [The Guideline Support Library: One Year Later](https://www.youtube.com/watch?v=_GhNnCuaEjo). CppCon 2016.
21091 * Bjarne Stroustrup: [Writing Good C++14](https://www.youtube.com/watch?v=1OEu9C51K2A). CppCon 2015 keynote.
21092 * Herb Sutter: [Writing Good C++14... By Default](https://www.youtube.com/watch?v=hEx5DNLWGgA). CppCon 2015 keynote.
21093 * Peter Sommerlad: [C++ Core Guidelines - Modernize your C++ Code Base](https://www.youtube.com/watch?v=fQ926v4ZzAM). ACCU 2017.
21094 * Bjarne Stroustrup: [No Littering!](https://www.youtube.com/watch?v=01zI9kV4h8c). Bay Area ACCU 2016.
21095 It gives some idea of the ambition level for the Core Guidelines.
21097 Note that slides for CppCon presentations are available (links with the posted videos).
21099 Contributions to this list would be most welcome.
21101 ## <a name="SS-ack"></a>Acknowledgements
21103 Thanks to the many people who contributed rules, suggestions, supporting information, references, etc.:
21105 * Peter Juhl
21106 * Neil MacIntosh
21107 * Axel Naumann
21108 * Andrew Pardoe
21109 * Gabriel Dos Reis
21110 * Zhuang, Jiangang (Jeff)
21111 * Sergey Zubkov
21113 and see the contributor list on the github.
21115 # <a name="S-profile"></a>Pro: Profiles
21117 Ideally, we would follow all of the guidelines.
21118 That would give the cleanest, most regular, least error-prone, and often the fastest code.
21119 Unfortunately, that is usually impossible because we have to fit our code into large code bases and use existing libraries.
21120 Often, such code has been written over decades and does not follow these guidelines.
21121 We must aim for [gradual adoption](#S-modernizing).
21123 Whatever strategy for gradual adoption we adopt, we need to be able to apply sets of related guidelines to address some set
21124 of problems first and leave the rest until later.
21125 A similar idea of "related guidelines" becomes important when some, but not all, guidelines are considered relevant to a code base
21126 or if a set of specialized guidelines is to be applied for a specialized application area.
21127 We call such a set of related guidelines a "profile".
21128 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"
21129 or "static type safety."
21130 Each profile is designed to eliminate a class of errors.
21131 Enforcement of "random" rules in isolation is more likely to be disruptive to a code base than delivering a definite improvement.
21133 A "profile" is a set of deterministic and portably enforceable subset of rules (i.e., restrictions) that are designed to achieve a specific guarantee.
21134 "Deterministic" means they require only local analysis and could be implemented in a compiler (though they don't need to be).
21135 "Portably enforceable" means they are like language rules, so programmers can count on different enforcement tools giving the same answer for the same code.
21137 Code written to be warning-free using such a language profile is considered to conform to the profile.
21138 Conforming code is considered to be safe by construction with regard to the safety properties targeted by that profile.
21139 Conforming code will not be the root cause of errors for that property,
21140 although such errors might be introduced into a program by other code, libraries or the external environment.
21141 A profile might also introduce additional library types to ease conformance and encourage correct code.
21143 Profiles summary:
21145 * [Pro.type: Type safety](#SS-type)
21146 * [Pro.bounds: Bounds safety](#SS-bounds)
21147 * [Pro.lifetime: Lifetime safety](#SS-lifetime)
21149 In the future, we expect to define many more profiles and add more checks to existing profiles.
21150 Candidates include:
21152 * narrowing arithmetic promotions/conversions (likely part of a separate safe-arithmetic profile)
21153 * arithmetic cast from negative floating point to unsigned integral type (ditto)
21154 * selected undefined behavior: Start with Gabriel Dos Reis's UB list developed for the WG21 study group
21155 * selected unspecified behavior: Addressing portability concerns.
21156 * `const` violations: Mostly done by compilers already, but we can catch inappropriate casting and underuse of `const`.
21158 Enabling a profile is implementation defined; typically, it is set in the analysis tool used.
21160 To suppress enforcement of a profile check, place a `suppress` annotation on a language contract. For example:
21162     [[suppress("bounds")]] char* raw_find(char* p, int n, char x)    // find x in p[0]..p[n - 1]
21163     {
21164         // ...
21165     }
21167 Now `raw_find()` can scramble memory to its heart's content.
21168 Obviously, suppression should be very rare.
21170 ## <a name="SS-type"></a>Pro.safety: Type-safety profile
21172 This profile makes it easier to construct code that uses types correctly and avoids inadvertent type punning.
21173 It does so by focusing on removing the primary sources of type violations, including unsafe uses of casts and unions.
21175 For the purposes of this section,
21176 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.
21177 Memory accessed as a type `T` should not be valid memory that actually contains an object of an unrelated type `U`.
21178 Note that the safety is intended to be complete when combined also with [Bounds safety](#SS-bounds) and [Lifetime safety](#SS-lifetime).
21180 An implementation of this profile shall recognize the following patterns in source code as non-conforming and issue a diagnostic.
21182 Type safety profile summary:
21184 * <a name="Pro-type-avoidcasts"></a>Type.1: [Avoid casts](#Res-casts):
21186   1. <a name="Pro-type-reinterpretcast"></a>Don't use `reinterpret_cast`; A strict version of [Avoid casts](#Res-casts) and [prefer named casts](#Res-casts-named).
21187   2. <a name="Pro-type-arithmeticcast"></a>Don't use `static_cast` for arithmetic types; A strict version of [Avoid casts](#Res-casts) and [prefer named casts](#Res-casts-named).
21188   3. <a name="Pro-type-identitycast"></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).
21189   4. <a name="Pro-type-implicitpointercast"></a>Don't cast between pointer types when the conversion could be implicit; A strict version of [Avoid casts](#Res-casts).
21190 * <a name="Pro-type-downcast"></a>Type.2: Don't use `static_cast` to downcast:
21191 [Use `dynamic_cast` instead](#Rh-dynamic_cast).
21192 * <a name="Pro-type-constcast"></a>Type.3: Don't use `const_cast` to cast away `const` (i.e., at all):
21193 [Don't cast away const](#Res-casts-const).
21194 * <a name="Pro-type-cstylecast"></a>Type.4: Don't use C-style `(T)expression` or functional `T(expression)` casts:
21195 Prefer [construction](#Res-construct) or [named casts](#Res-casts-named) or `T{expression}`.
21196 * <a name="Pro-type-init"></a>Type.5: Don't use a variable before it has been initialized:
21197 [always initialize](#Res-always).
21198 * <a name="Pro-type-memberinit"></a>Type.6: Always initialize a data member:
21199 [always initialize](#Res-always),
21200 possibly using [default constructors](#Rc-default0) or
21201 [default member initializers](#Rc-in-class-initializer).
21202 * <a name="Pro-type-union"></a>Type.7: Avoid naked union:
21203 [Use `variant` instead](#Ru-naked).
21204 * <a name="Pro-type-varargs"></a>Type.8: Avoid varargs:
21205 [Don't use `va_arg` arguments](#F-varargs).
21207 ##### Impact
21209 With the type-safety profile you can trust that every operation is applied to a valid object.
21210 An exception can be thrown to indicate errors that cannot be detected statically (at compile time).
21211 Note that this type-safety can be complete only if we also have [Bounds safety](#SS-bounds) and [Lifetime safety](#SS-lifetime).
21212 Without those guarantees, a region of memory could be accessed independent of which object, objects, or parts of objects are stored in it.
21215 ## <a name="SS-bounds"></a>Pro.bounds: Bounds safety profile
21217 This profile makes it easier to construct code that operates within the bounds of allocated blocks of memory.
21218 It does so by focusing on removing the primary sources of bounds violations: pointer arithmetic and array indexing.
21219 One of the core features of this profile is to restrict pointers to only refer to single objects, not arrays.
21221 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.
21222 Bounds safety is intended to be complete only when combined with [Type safety](#SS-type) and [Lifetime safety](#SS-lifetime),
21223 which cover other unsafe operations that allow bounds violations.
21225 Bounds safety profile summary:
21227 * <a name="Pro-bounds-arithmetic"></a>Bounds.1: Don't use pointer arithmetic. Use `span` instead:
21228 [Pass pointers to single objects (only)](#Ri-array) and [Keep pointer arithmetic simple](#Res-ptr).
21229 * <a name="Pro-bounds-arrayindex"></a>Bounds.2: Only index into arrays using constant expressions:
21230 [Pass pointers to single objects (only)](#Ri-array) and [Keep pointer arithmetic simple](#Res-ptr).
21231 * <a name="Pro-bounds-decay"></a>Bounds.3: No array-to-pointer decay:
21232 [Pass pointers to single objects (only)](#Ri-array) and [Keep pointer arithmetic simple](#Res-ptr).
21233 * <a name="Pro-bounds-stdlib"></a>Bounds.4: Don't use standard-library functions and types that are not bounds-checked:
21234 [Use the standard library in a type-safe manner](#Rsl-bounds).
21236 ##### Impact
21238 Bounds safety implies that access to an object - notably arrays - does not access beyond the object's memory allocation.
21239 This eliminates a large class of insidious and hard-to-find errors, including the (in)famous "buffer overflow" errors.
21240 This closes security loopholes as well as a prominent source of memory corruption (when writing out of bounds).
21241 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)
21242 and "mysterious values."
21245 ## <a name="SS-lifetime"></a>Pro.lifetime: Lifetime safety profile
21247 Accessing through a pointer that doesn't point to anything is a major source of errors,
21248 and very hard to avoid in many traditional C or C++ styles of programming.
21249 For example, a pointer might be uninitialized, the `nullptr`, point beyond the range of an array, or to a deleted object.
21251 [See the current design specification here.](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/docs/Lifetime.pdf)
21253 Lifetime safety profile summary:
21255 * <a name="Pro-lifetime-invalid-deref"></a>Lifetime.1: Don't dereference a possibly invalid pointer:
21256 [detect or avoid](#Res-deref).
21258 ##### Impact
21260 Once completely enforced through a combination of style rules, static analysis, and library support, this profile
21262 * eliminates one of the major sources of nasty errors in C++
21263 * eliminates a major source of potential security violations
21264 * improves performance by eliminating redundant "paranoia" checks
21265 * increases confidence in correctness of code
21266 * avoids undefined behavior by enforcing a key C++ language rule
21269 # <a name="S-gsl"></a>GSL: Guidelines support library
21271 The GSL is a small library of facilities designed to support this set of guidelines.
21272 Without these facilities, the guidelines would have to be far more restrictive on language details.
21274 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.
21276 The GSL is header only, and can be found at [GSL: Guidelines support library](https://github.com/Microsoft/GSL).
21277 The support library facilities are designed to be extremely lightweight (zero-overhead) so that they impose no overhead compared to using conventional alternatives.
21278 Where desirable, they can be "instrumented" with additional functionality (e.g., checks) for tasks such as debugging.
21280 These Guidelines use types from the standard (e.g., C++17) in addition to ones from the GSL.
21281 For example, we assume a `variant` type, but this is not currently in GSL.
21282 Eventually, use [the one voted into C++17](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0088r3.html).
21284 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++.
21285 Therefore, please consult your GSL documentation to find out more.
21287 For each GSL type below we state an invariant for that type. That invariant holds as long as user code only changes the state of a GSL object using the type's provided member/free functions (i.e., user code does not bypass the type's interface to change the object's value/bits by violating any other Guidelines rule).
21289 Summary of GSL components:
21291 * [GSL.view: Views](#SS-views)
21292 * [GSL.owner: Ownership pointers](#SS-ownership)
21293 * [GSL.assert: Assertions](#SS-assertions)
21294 * [GSL.util: Utilities](#SS-utilities)
21295 * [GSL.concept: Concepts](#SS-gsl-concepts)
21297 We plan for a "ISO C++ standard style" semi-formal specification of the GSL.
21299 We rely on the ISO C++ Standard Library and hope for parts of the GSL to be absorbed into the standard library.
21301 ## <a name="SS-views"></a>GSL.view: Views
21303 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.
21305 These "views" are never owners.
21307 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.
21309 The names are mostly ISO standard-library style (lower case and underscore):
21311 * `T*`      // The `T*` is not an owner, might be null; assumed to be pointing to a single element.
21312 * `T&`      // The `T&` is not an owner and can never be a "null reference"; references are always bound to objects.
21314 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.
21315 Owners should be converted to resource handles (e.g., `unique_ptr` or `vector<T>`) or marked `owner<T*>`.
21317 * `owner<T*>`   // a `T*` that owns the object pointed/referred to; might be `nullptr`.
21319 `owner` is used to mark owning pointers in code that cannot be upgraded to use proper resource handles.
21320 Reasons for that include:
21322 * Cost of conversion.
21323 * The pointer is used with an ABI.
21324 * The pointer is part of the implementation of a resource handle.
21326 An `owner<T>` differs from a resource handle for a `T` by still requiring an explicit `delete`.
21328 An `owner<T>` is assumed to refer to an object on the free store (heap).
21330 If something is not supposed to be `nullptr`, say so:
21332 * `not_null<T>`   // `T` is usually a pointer type (e.g., `not_null<int*>` and `not_null<owner<Foo*>>`) that must not be `nullptr`.
21333   `T` can be any type for which `==nullptr` is meaningful.
21335 * `span<T>`       // `[p:p+n)`, constructor from `{p, q}` and `{p, n}`; `T` is the pointer type
21336 * `span_p<T>`     // `{p, predicate}` `[p:q)` where `q` is the first element for which `predicate(*p)` is true
21338 A `span<T>` refers to zero or more mutable `T`s unless `T` is a `const` type. All accesses to elements of the span, notably via `operator[]`, are guaranteed to be bounds-checked by default.
21340 > Note: GSL's `span` (initially called `array_view`) was proposed for inclusion in the C++ standard library, and was adopted (with changes to its name and interface) except only that `std::span` does not provide for guaranteed bounds checking. Therefore GSL changed `span`'s name and interface to track `std::span` and should be exactly the same as `std::span`, and the only difference should be that GSL `span` is fully bounds-safe by default. If bounds-safety might affect its interface, then those change proposals should be brought back via the ISO C++ committee to keep `gsl::span` interface-compatible with `std::span`. If a future evolution of `std::span` adds bounds checking, `gsl::span` can be removed.
21342 "Pointer arithmetic" is best done within `span`s.
21343 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`.
21345 * `zstring`    // a `char*` supposed to be a C-style string; that is, a zero-terminated sequence of `char` or `nullptr`
21346 * `czstring`   // a `const char*` supposed to be a C-style string; that is, a zero-terminated sequence of `const` `char` or `nullptr`
21348 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.
21349 A sequence of characters that is not assumed to be zero-terminated should be a `span<char>`, or if that is impossible because of ABI issues a `char*`, rather than a `zstring`.
21352 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?
21354 ## <a name="SS-ownership"></a>GSL.owner: Ownership pointers
21356 * `unique_ptr<T>`     // unique ownership: `std::unique_ptr<T>`
21357 * `shared_ptr<T>`     // shared ownership: `std::shared_ptr<T>` (a counted pointer)
21358 * `stack_array<T>`    // A stack-allocated array. The number of elements is determined at construction and fixed thereafter. The elements are mutable unless `T` is a `const` type.
21359 * `dyn_array<T>`      // ??? needed ??? A heap-allocated array. The number of elements is determined at construction and fixed thereafter.
21360   The elements are mutable unless `T` is a `const` type. Basically a `span` that allocates and owns its elements.
21362 ## <a name="SS-assertions"></a>GSL.assert: Assertions
21364 * `Expects`     // precondition assertion. Currently placed in function bodies. Later, should be moved to declarations.
21365                 // `Expects(p)` terminates the program unless `p == true`
21366                 // `Expects` is under control of some options (enforcement, error message, alternatives to terminate)
21367 * `Ensures`     // postcondition assertion. Currently placed in function bodies. Later, should be moved to declarations.
21369 These assertions are currently macros (yuck!) and must appear in function definitions (only)
21370 pending standard committee decisions on contracts and assertion syntax.
21371 See [the contract proposal](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0380r1.pdf); using the attribute syntax,
21372 for example, `Expects(p)` will become `[[expects: p]]`.
21374 ## <a name="SS-utilities"></a>GSL.util: Utilities
21376 * `finally`        // `finally(f)` makes a `final_action{f}` with a destructor that invokes `f`
21377 * `narrow_cast`    // `narrow_cast<T>(x)` is `static_cast<T>(x)`
21378 * `narrow`         // `narrow<T>(x)` is `static_cast<T>(x)` if `static_cast<T>(x) == x` with no signedness promotions, or it throws `narrowing_error` (e.g., `narrow<unsigned>(-42)` throws)
21379 * `[[implicit]]`   // "Marker" to put on single-argument constructors to explicitly make them non-explicit.
21380 * `move_owner`     // `p = move_owner(q)` means `p = q` but ???
21381 * `joining_thread` // a RAII style version of `std::thread` that joins.
21382 * `index`          // a type to use for all container and array indexing (currently an alias for `ptrdiff_t`)
21384 ## <a name="SS-gsl-concepts"></a>GSL.concept: Concepts
21386 These concepts (type predicates) are borrowed from
21387 Andrew Sutton's Origin library,
21388 the Range proposal,
21389 and the ISO WG21 Palo Alto TR.
21390 Many of them are very similar to what became part of the ISO C++ standard in C++20.
21392 * `String`
21393 * `Number`
21394 * `Boolean`
21395 * `Range`              // in C++20, `std::ranges::range`
21396 * `Sortable`           // in C++20, `std::sortable`
21397 * `EqualityComparable` // in C++20, `std::equality_comparable`
21398 * `Convertible`        // in C++20, `std::convertible_to`
21399 * `Common`             // in C++20, `std::common_with`
21400 * `Integral`           // in C++20, `std::integral`
21401 * `SignedIntegral`     // in C++20, `std::signed_integral`
21402 * `SemiRegular`        // in C++20, `std::semiregular`
21403 * `Regular`            // in C++20, `std::regular`
21404 * `TotallyOrdered`     // in C++20, `std::totally_ordered`
21405 * `Function`           // in C++20, `std::invocable`
21406 * `RegularFunction`    // in C++20, `std::regular_invocable`
21407 * `Predicate`          // in C++20, `std::predicate`
21408 * `Relation`           // in C++20, `std::relation`
21409 * ...
21411 ### <a name="SS-gsl-smartptrconcepts"></a>GSL.ptr: Smart pointer concepts
21413 * `Pointer`  // A type with `*`, `->`, `==`, and default construction (default construction is assumed to set the singular "null" value)
21414 * `Unique_pointer`  // A type that matches `Pointer`, is movable, and is not copyable
21415 * `Shared_pointer`   // A type that matches `Pointer`, and is copyable
21417 # <a name="S-naming"></a>NL: Naming and layout suggestions
21419 Consistent naming and layout are helpful.
21420 If for no other reason because it minimizes "my style is better than your style" arguments.
21421 However, there are many, many, different styles around and people are passionate about them (pro and con).
21422 Also, most real-world projects include code from many sources, so standardizing on a single style for all code is often impossible.
21423 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.
21424 IDEs and tools can help (as well as hinder).
21426 Naming and layout rules:
21428 * [NL.1: Don't say in comments what can be clearly stated in code](#Rl-comments)
21429 * [NL.2: State intent in comments](#Rl-comments-intent)
21430 * [NL.3: Keep comments crisp](#Rl-comments-crisp)
21431 * [NL.4: Maintain a consistent indentation style](#Rl-indent)
21432 * [NL.5: Avoid encoding type information in names](#Rl-name-type)
21433 * [NL.7: Make the length of a name roughly proportional to the length of its scope](#Rl-name-length)
21434 * [NL.8: Use a consistent naming style](#Rl-name)
21435 * [NL.9: Use `ALL_CAPS` for macro names only](#Rl-all-caps)
21436 * [NL.10: Prefer `underscore_style` names](#Rl-camel)
21437 * [NL.11: Make literals readable](#Rl-literals)
21438 * [NL.15: Use spaces sparingly](#Rl-space)
21439 * [NL.16: Use a conventional class member declaration order](#Rl-order)
21440 * [NL.17: Use K&R-derived layout](#Rl-knr)
21441 * [NL.18: Use C++-style declarator layout](#Rl-ptr)
21442 * [NL.19: Avoid names that are easily misread](#Rl-misread)
21443 * [NL.20: Don't place two statements on the same line](#Rl-stmt)
21444 * [NL.21: Declare one name (only) per declaration](#Rl-dcl)
21445 * [NL.25: Don't use `void` as an argument type](#Rl-void)
21446 * [NL.26: Use conventional `const` notation](#Rl-const)
21447 * [NL.27: Use a `.cpp` suffix for code files and `.h` for interface files](#Rl-file-suffix)
21449 Most of these rules are aesthetic and programmers hold strong opinions.
21450 IDEs also tend to have defaults and a range of alternatives.
21451 These rules are suggested defaults to follow unless you have reasons not to.
21453 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.
21454 We are not "legislating" (see the previous paragraph).
21455 However, we have had many requests for a set of naming and layout conventions to use when there are no external constraints.
21457 More specific and detailed rules are easier to enforce.
21459 These rules bear a strong resemblance to the recommendations in the [PPP Style Guide](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf)
21460 written in support of Stroustrup's [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html).
21462 ### <a name="Rl-comments"></a>NL.1: Don't say in comments what can be clearly stated in code
21464 ##### Reason
21466 Compilers do not read comments.
21467 Comments are less precise than code.
21468 Comments are not updated as consistently as code.
21470 ##### Example, bad
21472     auto x = m * v1 + vv;   // multiply m with v1 and add the result to vv
21474 ##### Enforcement
21476 Build an AI program that interprets colloquial English text and see if what is said could be better expressed in C++.
21478 ### <a name="Rl-comments-intent"></a>NL.2: State intent in comments
21480 ##### Reason
21482 Code says what is done, not what is supposed to be done. Often intent can be stated more clearly and concisely than the implementation.
21484 ##### Example
21486     void stable_sort(Sortable& c)
21487         // sort c in the order determined by <, keep equal elements (as defined by ==) in
21488         // their original relative order
21489     {
21490         // ... quite a few lines of non-trivial code ...
21491     }
21493 ##### Note
21495 If the comment and the code disagree, both are likely to be wrong.
21497 ### <a name="Rl-comments-crisp"></a>NL.3: Keep comments crisp
21499 ##### Reason
21501 Verbosity slows down understanding and makes the code harder to read by spreading it around in the source file.
21503 ##### Note
21505 Use intelligible English.
21506 I might be fluent in Danish, but most programmers are not; the maintainers of my code might not be.
21507 Avoid SMS lingo and watch your grammar, punctuation, and capitalization.
21508 Aim for professionalism, not "cool."
21510 ##### Enforcement
21512 not possible.
21514 ### <a name="Rl-indent"></a>NL.4: Maintain a consistent indentation style
21516 ##### Reason
21518 Readability. Avoidance of "silly mistakes."
21520 ##### Example, bad
21522     int i;
21523     for (i = 0; i < max; ++i); // bug waiting to happen
21524     if (i == j)
21525         return i;
21527 ##### Note
21529 Always indenting the statement after `if (...)`, `for (...)`, and `while (...)` is usually a good idea:
21531     if (i < 0) error("negative argument");
21533     if (i < 0)
21534         error("negative argument");
21536 ##### Enforcement
21538 Use a tool.
21540 ### <a name="Rl-name-type"></a>NL.5: Avoid encoding type information in names
21542 ##### Rationale
21544 If names reflect types rather than functionality, it becomes hard to change the types used to provide that functionality.
21545 Also, if the type of a variable is changed, code using it will have to be modified.
21546 Minimize unintentional conversions.
21548 ##### Example, bad
21550     void print_int(int i);
21551     void print_string(const char*);
21553     print_int(1);          // repetitive, manual type matching
21554     print_string("xyzzy"); // repetitive, manual type matching
21556 ##### Example, good
21558     void print(int i);
21559     void print(string_view);    // also works on any string-like sequence
21561     print(1);              // clear, automatic type matching
21562     print("xyzzy");        // clear, automatic type matching
21564 ##### Note
21566 Names with types encoded are either verbose or cryptic.
21568     printS  // print a std::string
21569     prints  // print a C-style string
21570     printi  // print an int
21572 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).
21574 ##### Note
21576 Some styles use very general (not type-specific) prefixes to denote the general use of a variable.
21578     auto p = new User();
21579     auto p = make_unique<User>();
21580     // note: "p" is not being used to say "raw pointer to type User,"
21581     //       just generally to say "this is an indirection"
21583     auto cntHits = calc_total_of_hits(/*...*/);
21584     // note: "cnt" is not being used to encode a type,
21585     //       just generally to say "this is a count of something"
21587 This is not harmful and does not fall under this guideline because it does not encode type information.
21589 ##### Note
21591 Some styles distinguish members from local variable, and/or from global variable.
21593     struct S {
21594         int m_;
21595         S(int m) : m_{abs(m)} { }
21596     };
21598 This is not harmful and does not fall under this guideline because it does not encode type information.
21600 ##### Note
21602 Like C++, some styles distinguish types from non-types.
21603 For example, by capitalizing type names, but not the names of functions and variables.
21605     typename<typename T>
21606     class HashTable {   // maps string to T
21607         // ...
21608     };
21610     HashTable<int> index;
21612 This is not harmful and does not fall under this guideline because it does not encode type information.
21614 ### <a name="Rl-name-length"></a>NL.7: Make the length of a name roughly proportional to the length of its scope
21616 **Rationale**: The larger the scope the greater the chance of confusion and of an unintended name clash.
21618 ##### Example
21620     double sqrt(double x);   // return the square root of x; x must be non-negative
21622     int length(const char* p);  // return the number of characters in a zero-terminated C-style string
21624     int length_of_string(const char zero_terminated_array_of_char[])    // bad: verbose
21626     int g;      // bad: global variable with a cryptic name
21628     int open;   // bad: global variable with a short, popular name
21630 The use of `p` for pointer and `x` for a floating-point variable is conventional and non-confusing in a restricted scope.
21632 ##### Enforcement
21636 ### <a name="Rl-name"></a>NL.8: Use a consistent naming style
21638 **Rationale**: Consistency in naming and naming style increases readability.
21640 ##### Note
21642 There are many styles and when you use multiple libraries, you can't follow all their different conventions.
21643 Choose a "house style", but leave "imported" libraries with their original style.
21645 ##### Example
21647 ISO Standard, use lower case only and digits, separate words with underscores:
21649 * `int`
21650 * `vector`
21651 * `my_map`
21653 Avoid identifier names that contain double underscores `__` or that start with an underscore followed by a capital letter (e.g., `_Throws`).
21654 Such identifiers are reserved for the C++ implementation.
21656 ##### Example
21658 [Stroustrup](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf):
21659 ISO Standard, but with upper case used for your own types and concepts:
21661 * `int`
21662 * `vector`
21663 * `My_map`
21665 ##### Example
21667 CamelCase: capitalize each word in a multi-word identifier:
21669 * `int`
21670 * `vector`
21671 * `MyMap`
21672 * `myMap`
21674 Some conventions capitalize the first letter, some don't.
21676 ##### Note
21678 Try to be consistent in your use of acronyms and lengths of identifiers:
21680     int mtbf {12};
21681     int mean_time_between_failures {12}; // make up your mind
21683 ##### Enforcement
21685 Would be possible except for the use of libraries with varying conventions.
21687 ### <a name="Rl-all-caps"></a>NL.9: Use `ALL_CAPS` for macro names only
21689 ##### Reason
21691 To avoid confusing macros with names that obey scope and type rules.
21693 ##### Example
21695     void f()
21696     {
21697         const int SIZE{1000};  // Bad, use 'size' instead
21698         int v[SIZE];
21699     }
21701 ##### Note
21703 In particular, this avoids confusing macros with non-macro symbolic constants (see also [Enum.5: Don't use `ALL_CAPS` for enumerators](#Renum-caps))
21705     enum bad { BAD, WORSE, HORRIBLE }; // BAD
21707 ##### Enforcement
21709 * Flag macros with lower-case letters
21710 * Flag `ALL_CAPS` non-macro names
21712 ### <a name="Rl-camel"></a>NL.10: Prefer `underscore_style` names
21714 ##### Reason
21716 The use of underscores to separate parts of a name is the original C and C++ style and used in the C++ Standard Library.
21718 ##### Note
21720 This rule is a default to use only if you have a choice.
21721 Often, you don't have a choice and must follow an established style for [consistency](#Rl-name).
21722 The need for consistency beats personal taste.
21724 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21725 This rule was added after many requests for guidance.
21727 ##### Example
21729 [Stroustrup](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf):
21730 ISO Standard, but with upper case used for your own types and concepts:
21732 * `int`
21733 * `vector`
21734 * `My_map`
21736 ##### Enforcement
21738 Impossible.
21740 ### <a name="Rl-literals"></a>NL.11: Make literals readable
21742 ##### Reason
21744 Readability.
21746 ##### Example
21748 Use digit separators to avoid long strings of digits
21750     auto c = 299'792'458; // m/s2
21751     auto q2 = 0b0000'1111'0000'0000;
21752     auto ss_number = 123'456'7890;
21754 ##### Example
21756 Use literal suffixes where clarification is needed
21758     auto hello = "Hello!"s; // a std::string
21759     auto world = "world";   // a C-style string
21760     auto interval = 100ms;  // using <chrono>
21762 ##### Note
21764 Literals should not be sprinkled all over the code as ["magic constants"](#Res-magic),
21765 but it is still a good idea to make them readable where they are defined.
21766 It is easy to make a typo in a long string of integers.
21768 ##### Enforcement
21770 Flag long digit sequences. The trouble is to define "long"; maybe 7.
21772 ### <a name="Rl-space"></a>NL.15: Use spaces sparingly
21774 ##### Reason
21776 Too much space makes the text larger and distracts.
21778 ##### Example, bad
21780     #include < map >
21782     int main(int argc, char * argv [ ])
21783     {
21784         // ...
21785     }
21787 ##### Example
21789     #include <map>
21791     int main(int argc, char* argv[])
21792     {
21793         // ...
21794     }
21796 ##### Note
21798 Some IDEs have their own opinions and add distracting space.
21800 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21801 This rule was added after many requests for guidance.
21803 ##### Note
21805 We value well-placed whitespace as a significant help for readability. Just don't overdo it.
21807 ### <a name="Rl-order"></a>NL.16: Use a conventional class member declaration order
21809 ##### Reason
21811 A conventional order of members improves readability.
21813 When declaring a class use the following order
21815 * types: classes, enums, and aliases (`using`)
21816 * constructors, assignments, destructor
21817 * functions
21818 * data
21820 Use the `public` before `protected` before `private` order.
21822 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21823 This rule was added after many requests for guidance.
21825 ##### Example
21827     class X {
21828     public:
21829         // interface
21830     protected:
21831         // unchecked function for use by derived class implementations
21832     private:
21833         // implementation details
21834     };
21836 ##### Example
21838 Sometimes, the default order of members conflicts with a desire to separate the public interface from implementation details.
21839 In such cases, private types and functions can be placed with private data.
21841     class X {
21842     public:
21843         // interface
21844     protected:
21845         // unchecked function for use by derived class implementations
21846     private:
21847         // implementation details (types, functions, and data)
21848     };
21850 ##### Example, bad
21852 Avoid multiple blocks of declarations of one access (e.g., `public`) dispersed among blocks of declarations with different access (e.g. `private`).
21854     class X {   // bad
21855     public:
21856         void f();
21857     public:
21858         int g();
21859         // ...
21860     };
21862 The use of macros to declare groups of members often leads to violation of any ordering rules.
21863 However, using macros obscures what is being expressed anyway.
21865 ##### Enforcement
21867 Flag departures from the suggested order. There will be a lot of old code that doesn't follow this rule.
21869 ### <a name="Rl-knr"></a>NL.17: Use K&R-derived layout
21871 ##### Reason
21873 This is the original C and C++ layout. It preserves vertical space well. It distinguishes different language constructs (such as functions and classes) well.
21875 ##### Note
21877 In the context of C++, this style is often called "Stroustrup".
21879 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21880 This rule was added after many requests for guidance.
21882 ##### Example
21884     struct Cable {
21885         int x;
21886         // ...
21887     };
21889     double foo(int x)
21890     {
21891         if (0 < x) {
21892             // ...
21893         }
21895         switch (x) {
21896         case 0:
21897             // ...
21898             break;
21899         case amazing:
21900             // ...
21901             break;
21902         default:
21903             // ...
21904             break;
21905         }
21907         if (0 < x)
21908             ++x;
21910         if (x < 0)
21911             something();
21912         else
21913             something_else();
21915         return some_value;
21916     }
21918 Note the space between `if` and `(`
21920 ##### Note
21922 Use separate lines for each statement, the branches of an `if`, and the body of a `for`.
21924 ##### Note
21926 The `{` for a `class` and a `struct` is *not* on a separate line, but the `{` for a function is.
21928 ##### Note
21930 Capitalize the names of your user-defined types to distinguish them from standards-library types.
21932 ##### Note
21934 Do not capitalize function names.
21936 ##### Enforcement
21938 If you want enforcement, use an IDE to reformat.
21940 ### <a name="Rl-ptr"></a>NL.18: Use C++-style declarator layout
21942 ##### Reason
21944 The C-style layout emphasizes use in expressions and grammar, whereas the C++-style emphasizes types.
21945 The use in expressions argument doesn't hold for references.
21947 ##### Example
21949     T& operator[](size_t);   // OK
21950     T &operator[](size_t);   // just strange
21951     T & operator[](size_t);   // undecided
21953 ##### Note
21955 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21956 This rule was added after many requests for guidance.
21958 ##### Enforcement
21960 Impossible in the face of history.
21963 ### <a name="Rl-misread"></a>NL.19: Avoid names that are easily misread
21965 ##### Reason
21967 Readability.
21968 Not everyone has screens and printers that make it easy to distinguish all characters.
21969 We easily confuse similarly spelled and slightly misspelled words.
21971 ##### Example
21973     int oO01lL = 6; // bad
21975     int splunk = 7;
21976     int splonk = 8; // bad: splunk and splonk are easily confused
21978 ##### Enforcement
21982 ### <a name="Rl-stmt"></a>NL.20: Don't place two statements on the same line
21984 ##### Reason
21986 Readability.
21987 It is really easy to overlook a statement when there is more on a line.
21989 ##### Example
21991     int x = 7; char* p = 29;    // don't
21992     int x = 7; f(x);  ++x;      // don't
21994 ##### Enforcement
21996 Easy.
21998 ### <a name="Rl-dcl"></a>NL.21: Declare one name (only) per declaration
22000 ##### Reason
22002 Readability.
22003 Minimizing confusion with the declarator syntax.
22005 ##### Note
22007 For details, see [ES.10](#Res-name-one).
22010 ### <a name="Rl-void"></a>NL.25: Don't use `void` as an argument type
22012 ##### Reason
22014 It's verbose and only needed where C compatibility matters.
22016 ##### Example
22018     void f(void);   // bad
22020     void g();       // better
22022 ##### Note
22024 Even Dennis Ritchie deemed `void f(void)` an abomination.
22025 You can make an argument for that abomination in C when function prototypes were rare so that banning:
22027     int f();
22028     f(1, 2, "weird but valid C89");   // hope that f() is defined int f(a, b, c) char* c; { /* ... */ }
22030 would have caused major problems, but not in the 21st century and in C++.
22032 ### <a name="Rl-const"></a>NL.26: Use conventional `const` notation
22034 ##### Reason
22036 Conventional notation is more familiar to more programmers.
22037 Consistency in large code bases.
22039 ##### Example
22041     const int x = 7;    // OK
22042     int const y = 9;    // bad
22044     const int *const p = nullptr;   // OK, constant pointer to constant int
22045     int const *const p = nullptr;   // bad, constant pointer to constant int
22047 ##### Note
22049 We are well aware that you could claim the "bad" examples are more logical than the ones marked "OK",
22050 but they also confuse more people, especially novices relying on teaching material using the far more common, conventional OK style.
22052 As ever, remember that the aim of these naming and layout rules is consistency and that aesthetics vary immensely.
22054 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
22055 This rule was added after many requests for guidance.
22057 ##### Enforcement
22059 Flag `const` used as a suffix for a type.
22061 ### <a name="Rl-file-suffix"></a>NL.27: Use a `.cpp` suffix for code files and `.h` for interface files
22063 ##### Reason
22065 It's a longstanding convention.
22066 But consistency is more important, so if your project uses something else, follow that.
22068 ##### Note
22070 This convention reflects a common use pattern:
22071 Headers are more often shared with C to compile as both C++ and C, which typically uses `.h`,
22072 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.
22073 On the other hand, implementation files are rarely shared with C and so should typically be distinguished from `.c` files,
22074 so it's normally best to name all C++ implementation files something else (such as `.cpp`).
22076 The specific names `.h` and `.cpp` are not required (just recommended as a default) and other names are in widespread use.
22077 Examples are `.hh`, `.C`, and `.cxx`. Use such names equivalently.
22078 In this document, we refer to `.h` and `.cpp` as a shorthand for header and implementation files,
22079 even though the actual extension might be different.
22081 Your IDE (if you use one) might have strong opinions about suffixes.
22083 ##### Example
22085     // foo.h:
22086     extern int a;   // a declaration
22087     extern void foo();
22089     // foo.cpp:
22090     int a;   // a definition
22091     void foo() { ++a; }
22093 `foo.h` provides the interface to `foo.cpp`. Global variables are best avoided.
22095 ##### Example, bad
22097     // foo.h:
22098     int a;   // a definition
22099     void foo() { ++a; }
22101 `#include <foo.h>` twice in a program and you get a linker error for two one-definition-rule violations.
22103 ##### Enforcement
22105 * Flag non-conventional file names.
22106 * Check that `.h` and `.cpp` (and equivalents) follow the rules below.
22108 # <a name="S-faq"></a>FAQ: Answers to frequently asked questions
22110 This section covers answers to frequently asked questions about these guidelines.
22112 ### <a name="Faq-aims"></a>FAQ.1: What do these guidelines aim to achieve?
22114 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. 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.
22116 ### <a name="Faq-announced"></a>FAQ.2: When and where was this work first announced?
22118 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).
22120 ### <a name="Faq-maintainers"></a>FAQ.3: Who are the authors and maintainers of these guidelines?
22122 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!"
22124 ### <a name="Faq-contribute"></a>FAQ.4: How can I contribute?
22126 See [CONTRIBUTING.md](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/CONTRIBUTING.md). We appreciate volunteer help!
22128 ### <a name="Faq-maintainer"></a>FAQ.5: How can I become an editor/maintainer?
22130 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!
22132 ### <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?
22134 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.
22136 ### <a name="Faq-isocpp"></a>FAQ.7: If these guidelines are not approved by the committee, why are they under `github.com/isocpp`?
22138 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.
22140 ### <a name="Faq-cpp98"></a>FAQ.8: Will there be a C++98 version of these Guidelines? a C++11 version?
22142 No. These guidelines are about how to best use modern standard C++ and write code assuming you have a modern conforming compiler.
22144 ### <a name="Faq-language-extensions"></a>FAQ.9: Do these guidelines propose new language features?
22146 No. These guidelines are about how to best use modern Standard C++, and they limit themselves to recommending only those features.
22148 ### <a name="Faq-markdown"></a>FAQ.10: What version of Markdown do these guidelines use?
22150 These coding standards are written using [CommonMark](http://commonmark.org), and `<a>` HTML anchors.
22152 We are considering the following extensions from [GitHub Flavored Markdown (GFM)](https://help.github.com/articles/github-flavored-markdown/):
22154 * fenced code blocks (consistently using indented vs. fenced is under discussion)
22155 * tables (none yet but we'll likely need them, and this is a GFM extension)
22157 Avoid other HTML tags and other extensions.
22159 Note: We are not yet consistent with this style.
22161 ### <a name="Faq-gsl"></a>FAQ.50: What is the GSL (guidelines support library)?
22163 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.
22165 ### <a name="Faq-msgsl"></a>FAQ.51: Is [github.com/Microsoft/GSL](https://github.com/Microsoft/GSL) the GSL?
22167 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.
22169 ### <a name="Faq-gsl-implementation"></a>FAQ.52: Why not supply an actual GSL implementation in/with these guidelines?
22171 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.
22173 ### <a name="Faq-boost"></a>FAQ.53: Why weren't the GSL types proposed through Boost?
22175 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.
22177 ### <a name="Faq-gsl-iso"></a>FAQ.54: Has the GSL (guidelines support library) been approved by the ISO C++ standards committee?
22179 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.
22181 ### <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`?
22183 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>`.
22185 ### <a name="Faq-gsl-owner"></a>FAQ.56: Is `owner` the same as the proposed `observer_ptr`?
22187 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.
22189 ### <a name="Faq-gsl-stack-array"></a>FAQ.57: Is `stack_array` the same as the standard `array`?
22191 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.
22193 ### <a name="Faq-gsl-dyn-array"></a>FAQ.58: Is `dyn_array` the same as `vector` or the proposed `dynarray`?
22195 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.
22197 ### <a name="Faq-gsl-expects"></a>FAQ.59: Is `Expects` the same as `assert`?
22199 No. It is a placeholder for language support for contract preconditions.
22201 ### <a name="Faq-gsl-ensures"></a>FAQ.60: Is `Ensures` the same as `assert`?
22203 No. It is a placeholder for language support for contract postconditions.
22205 # <a name="S-libraries"></a>Appendix A: Libraries
22207 This section lists recommended libraries, and explicitly recommends a few.
22209 ??? Suitable for the general guide? I think not ???
22211 # <a name="S-modernizing"></a>Appendix B: Modernizing code
22213 Ideally, we follow all rules in all code.
22214 Realistically, we have to deal with a lot of old code:
22216 * application code written before the guidelines were formulated or known
22217 * libraries written to older/different standards
22218 * code written under "unusual" constraints
22219 * code that we just haven't gotten around to modernizing
22221 If we have a million lines of new code, the idea of "just changing it all at once" is typically unrealistic.
22222 Thus, we need a way of gradually modernizing a code base.
22224 Upgrading older code to modern style can be a daunting task.
22225 Often, the old code is both a mess (hard to understand) and working correctly (for the current range of uses).
22226 Typically, the original programmer is not around and the test cases incomplete.
22227 The fact that the code is a mess dramatically increases the effort needed to make any change and the risk of introducing errors.
22228 Often, messy old code runs unnecessarily slowly because it requires outdated compilers and cannot take advantage of modern hardware.
22229 In many cases, automated "modernizer"-style tool support would be required for major upgrade efforts.
22231 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.
22232 Making code "look pretty" or "follow modern style" are not by themselves reasons for change.
22233 There are risks implied by every change and costs (including the cost of lost opportunities) implied by having an outdated code base.
22234 The cost reductions must outweigh the risks.
22236 But how?
22238 There is no one approach to modernizing code.
22239 How best to do it depends on the code, the pressure for updates, the backgrounds of the developers, and the available tool.
22240 Here are some (very general) ideas:
22242 * The ideal is "just upgrade everything." That gives the most benefits for the shortest total time.
22243   In most circumstances, it is also impossible.
22244 * 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.
22245 * 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.
22246 * We could start by focusing on the interfaces, e.g., make sure that no resources are lost and no pointer is misused.
22247   This would be a set of changes across the whole code base, but would most likely have huge benefits.
22248   Afterwards, code hidden behind those interfaces can be gradually modernized without affecting other code.
22250 Whichever way you choose, please note that the most advantages come with the highest conformance to the guidelines.
22251 The guidelines are not a random set of unrelated rules where you can randomly pick and choose with an expectation of success.
22253 We would dearly love to hear about experience and about tools used.
22254 Modernization can be much faster, simpler, and safer when supported with analysis tools and even code transformation tools.
22256 # <a name="S-discussion"></a>Appendix C: Discussion
22258 This section contains follow-up material on rules and sets of rules.
22259 In particular, here we present further rationale, longer examples, and discussions of alternatives.
22261 ### <a name="Sd-order"></a>Discussion: Define and initialize data members in the order of member declaration
22263 Data members 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.
22265     class Employee {
22266         string email, first, last;
22267     public:
22268         Employee(const char* firstName, const char* lastName);
22269         // ...
22270     };
22272     Employee::Employee(const char* firstName, const char* lastName)
22273       : first(firstName),
22274         last(lastName),
22275         // BAD: first and last not yet constructed
22276         email(first + "." + last + "@acme.com")
22277     {}
22279 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.
22281 If the class definition and the constructor body are in separate files, the long-distance influence that the order of data member declarations has over the constructor's correctness will be even harder to spot.
22283 **References**:
22285 [\[Cline99\]](#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
22287 ### <a name="Sd-init"></a>Discussion: Use of `=`, `{}`, and `()` as initializers
22291 ### <a name="Sd-factory"></a>Discussion: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization
22293 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:
22295 * *Pass the buck:* Just document that user code must call the post-initialization function right after constructing an object.
22296 * *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.
22297 * *Use virtual base class semantics:* Language rules dictate that the constructor of the most-derived class decides which base constructor will be invoked; you can use that to your advantage. (See [\[Taligent94\]](#Taligent94).)
22298 * *Use a factory function:* This way, you can easily force a mandatory invocation of a post-constructor function.
22300 Here is an example of the last option:
22302     class B {
22303     public:
22304         B()
22305         {
22306             /* ... */
22307             f(); // BAD: C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors
22308             /* ... */
22309         }
22311         virtual void f() = 0;
22312     };
22314     class B {
22315     protected:
22316         class Token {};
22318     public:
22319         // constructor needs to be public so that make_shared can access it.
22320         // protected access level is gained by requiring a Token.
22321         explicit B(Token) { /* ... */ }  // create an imperfectly initialized object
22322         virtual void f() = 0;
22324         template<class T>
22325         static shared_ptr<T> create()    // interface for creating shared objects
22326         {
22327             auto p = make_shared<T>(typename T::Token{});
22328             p->post_initialize();
22329             return p;
22330         }
22332     protected:
22333         virtual void post_initialize()   // called right after construction
22334             { /* ... */ f(); /* ... */ } // GOOD: virtual dispatch is safe
22335         }
22336     };
22339     class D : public B {                 // some derived class
22340     protected:
22341         class Token {};
22343     public:
22344         // constructor needs to be public so that make_shared can access it.
22345         // protected access level is gained by requiring a Token.
22346         explicit D(Token) : B{ B::Token{} } {}
22347         void f() override { /* ...  */ };
22349     protected:
22350         template<class T>
22351         friend shared_ptr<T> B::create();
22352     };
22354     shared_ptr<D> p = D::create<D>();    // creating a D object
22356 This design requires the following discipline:
22358 * 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`.
22359 * Allocation is limited to `operator new`. `B` can, however, override `new` (see Items 45 and 46 in [SuttAlex05](#SuttAlex05)).
22360 * `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.
22362 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.
22364 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).
22366 **References**: [\[Alexandrescu01\]](#Alexandrescu01) §3, [\[Boost\]](#Boost), [\[Dewhurst03\]](#Dewhurst03) §75, [\[Meyers97\]](#Meyers97) §46, [\[Stroustrup00\]](#Stroustrup00) §15.4.3, [\[Taligent94\]](#Taligent94)
22368 ### <a name="Sd-dtor"></a>Discussion: Make base class destructors public and virtual, or protected and non-virtual
22370 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.
22372 ##### Example
22374 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>`:
22376     class Base {
22377     public:
22378         ~Base();                   // BAD, not virtual
22379         virtual ~Base();           // GOOD
22380         // ...
22381     };
22383     class Derived : public Base { /* ... */ };
22385     {
22386         unique_ptr<Base> pb = make_unique<Derived>();
22387         // ...
22388     } // ~pb invokes correct destructor only when ~Base is virtual
22390 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:
22392     class My_policy {
22393     public:
22394         virtual ~My_policy();      // BAD, public and virtual
22395     protected:
22396         ~My_policy();              // GOOD
22397         // ...
22398     };
22400     template<class Policy>
22401     class customizable : Policy { /* ... */ }; // note: private inheritance
22403 ##### Note
22405 This simple guideline illustrates a subtle issue and reflects modern uses of inheritance and object-oriented design principles.
22407 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.
22409 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:
22411 * Whether it should behave virtually or not.
22412 * Whether it should be publicly available to all callers using a pointer to `Base` or else be a hidden internal implementation detail.
22414 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.
22416 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.
22418 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.)
22420 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.
22422 ##### Exception
22424 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.
22426 Consider also this rare case:
22428 * `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.
22429 * 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.
22431 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.
22433 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`.
22435 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.
22437 **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
22439 ### <a name="Sd-noexcept"></a>Discussion: Usage of noexcept
22443 ### <a name="Sd-never-fail"></a>Discussion: Destructors, deallocation, and swap must never fail
22445 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.
22447 ##### Example
22449     class Nefarious {
22450     public:
22451         Nefarious() { /* code that could throw */ }    // ok
22452         ~Nefarious() { /* code that could throw */ }   // BAD, should not throw
22453         // ...
22454     };
22456 1. `Nefarious` objects are hard to use safely even as local variables:
22459         void test(string& s)
22460         {
22461             Nefarious n;          // trouble brewing
22462             string copy = s;      // copy the string
22463         } // destroy copy and then n
22465     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.
22467 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:
22470         class Innocent_bystander {
22471             Nefarious member;     // oops, poisons the enclosing class's destructor
22472             // ...
22473         };
22475         void test(string& s)
22476         {
22477             Innocent_bystander i;  // more trouble brewing
22478             string copy2 = s;      // copy the string
22479         } // destroy copy and then i
22481     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`.
22483 3. You can't reliably create global or static `Nefarious` objects either:
22486         static Nefarious n;       // oops, any destructor exception can't be caught
22488 4. You can't reliably create arrays of `Nefarious`:
22491         void test()
22492         {
22493             std::array<Nefarious, 10> arr; // this line can std::terminate()
22494         }
22496     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.
22498 5. You can't use `Nefarious` objects in standard containers:
22501         std::vector<Nefarious> vec(10);   // this line can std::terminate()
22503     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.
22505 ##### Note
22507 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.
22509 Consider the following advice and requirements found in the C++ Standard:
22511 > 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)
22513 > 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)
22515 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.
22516 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`:
22518     T& T::operator=(const T& other)
22519     {
22520         auto temp = other;
22521         swap(temp);
22522         return *this;
22523     }
22525 (See also Item 56. ???)
22527 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).
22529 When using exceptions as your error handling mechanism, always document this behavior by declaring these functions `noexcept`. (See Item 75.)
22531 **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
22533 ## <a name="Sd-consistent"></a>Define Copy, move, and destroy consistently
22535 ##### Reason
22537  ???
22539 ##### Note
22541 If you define a copy constructor, you must also define a copy assignment operator.
22543 ##### Note
22545 If you define a move constructor, you must also define a move assignment operator.
22547 ##### Example
22549     class X {
22550     public:
22551         X(const X&) { /* stuff */ }
22553         // BAD: failed to also define a copy assignment operator
22555         X(x&&) noexcept { /* stuff */ }
22557         // BAD: failed to also define a move assignment operator
22559         // ...
22560     };
22562     X x1;
22563     X x2 = x1; // ok
22564     x2 = x1;   // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
22566 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.
22568     class X {
22569         HANDLE hnd;
22570         // ...
22571     public:
22572         ~X() { /* custom stuff, such as closing hnd */ }
22573         // suspicious: no mention of copying or moving -- what happens to hnd?
22574     };
22576     X x1;
22577     X x2 = x1; // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
22578     x2 = x1;   // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
22580 If you define copying, and any base or member has a type that defines a move operation, you should also define a move operation.
22582     class X {
22583         string s; // defines more efficient move operations
22584         // ... other data members ...
22585     public:
22586         X(const X&) { /* stuff */ }
22587         X& operator=(const X&) { /* stuff */ }
22589         // BAD: failed to also define a move construction and move assignment
22590         // (why wasn't the custom "stuff" repeated here?)
22591     };
22593     X test()
22594     {
22595         X local;
22596         // ...
22597         return local;  // pitfall: will be inefficient and/or do the wrong thing
22598     }
22600 If you define any of the copy constructor, copy assignment operator, or destructor, you probably should define the others.
22602 ##### Note
22604 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:
22606 * 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.)
22607 * 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.
22608 * 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.
22610 In many cases, holding properly encapsulated resources using RAII "owning" objects can eliminate the need to write these operations yourself. (See Item 13.)
22612 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.
22614 **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.
22615 In rare cases, classes that have members of strange types (such as reference members) are an exception because they have peculiar copy semantics.
22616 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.)
22618 **References**: [\[SuttAlex05\]](#SuttAlex05) Item 52; [\[Cline99\]](#Cline99) §30.01-14, [\[Koenig97\]](#Koenig97) §4, [\[Stroustrup00\]](#Stroustrup00) §5.5, §10.4, [\[SuttHysl04b\]](#SuttHysl04b)
22620 Resource management rule summary:
22622 * [Provide strong resource safety; that is, never leak anything that you think of as a resource](#Cr-safety)
22623 * [Never return or throw while holding a resource not owned by a handle](#Cr-never)
22624 * [A "raw" pointer or reference is never a resource handle](#Cr-raw)
22625 * [Never let a pointer outlive the object it points to](#Cr-outlive)
22626 * [Use templates to express containers (and other resource handles)](#Cr-templates)
22627 * [Return containers by value (relying on move or copy elision for efficiency)](#Cr-value-return)
22628 * [If a class is a resource handle, it needs a constructor, a destructor, and copy and/or move operations](#Cr-handle)
22629 * [If a class is a container, give it an initializer-list constructor](#Cr-list)
22631 ### <a name="Cr-safety"></a>Discussion: Provide strong resource safety; that is, never leak anything that you think of as a resource
22633 ##### Reason
22635 Prevent leaks. Leaks can lead to performance degradation, mysterious error, system crashes, and security violations.
22637 **Alternative formulation**: Have every resource represented as an object of some class managing its lifetime.
22639 ##### Example
22641     template<class T>
22642     class Vector {
22643     private:
22644         T* elem;   // sz elements on the free store, owned by the class object
22645         int sz;
22646         // ...
22647     };
22649 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](#Rc-five) (constructors, a destructor, etc.).
22651 ##### Example
22653     ??? "odd" non-memory resource ???
22655 ##### Enforcement
22657 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.
22659 ### <a name="Cr-never"></a>Discussion: Never return or throw while holding a resource not owned by a handle
22661 ##### Reason
22663 That would be a leak.
22665 ##### Example
22667     void f(int i)
22668     {
22669         FILE* f = fopen("a file", "r");
22670         ifstream is { "another file" };
22671         // ...
22672         if (i == 0) return;
22673         // ...
22674         fclose(f);
22675     }
22677 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:
22679     void f(int i)
22680     {
22681         unique_ptr<FILE, int(*)(FILE*)> f(fopen("a file", "r"), fclose);
22682         // ...
22683         if (i == 0) return;
22684         // ...
22685     }
22687 Better:
22689     void f(int i)
22690     {
22691         ifstream input {"a file"};
22692         // ...
22693         if (i == 0) return;
22694         // ...
22695     }
22697 ##### Enforcement
22699 A checker must consider all "naked pointers" suspicious.
22700 A checker probably must rely on a human-provided list of resources.
22701 For starters, we know about the standard-library containers, `string`, and smart pointers.
22702 The use of `span` and `string_view` should help a lot (they are not resource handles).
22704 ### <a name="Cr-raw"></a>Discussion: A "raw" pointer or reference is never a resource handle
22706 ##### Reason
22708 To be able to distinguish owners from views.
22710 ##### Note
22712 This is independent of how you "spell" pointer: `T*`, `T&`, `Ptr<T>` and `Range<T>` are not owners.
22714 ### <a name="Cr-outlive"></a>Discussion: Never let a pointer outlive the object it points to
22716 ##### Reason
22718 To avoid extremely hard-to-find errors. Dereferencing such a pointer is undefined behavior and could lead to violations of the type system.
22720 ##### Example
22722     string* bad()   // really bad
22723     {
22724         vector<string> v = { "This", "will", "cause", "trouble", "!" };
22725         // leaking a pointer into a destroyed member of a destroyed object (v)
22726         return &v[0];
22727     }
22729     void use()
22730     {
22731         string* p = bad();
22732         vector<int> xx = {7, 8, 9};
22733         // undefined behavior: x might not be the string "This"
22734         string x = *p;
22735         // undefined behavior: we don't know what (if anything) is allocated a location p
22736         *p = "Evil!";
22737     }
22739 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.
22741 ##### Enforcement
22743 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.
22745 ### <a name="Cr-templates"></a>Discussion: Use templates to express containers (and other resource handles)
22747 ##### Reason
22749 To provide statically type-safe manipulation of elements.
22751 ##### Example
22753     template<typename T> class Vector {
22754         // ...
22755         T* elem;   // point to sz elements of type T
22756         int sz;
22757     };
22759 ### <a name="Cr-value-return"></a>Discussion: Return containers by value (relying on move or copy elision for efficiency)
22761 ##### Reason
22763 To simplify code and eliminate a need for explicit memory management. To bring an object into a surrounding scope, thereby extending its lifetime.
22765 **See also**: [F.20, the general item about "out" output values](#Rf-out)
22767 ##### Example
22769     vector<int> get_large_vector()
22770     {
22771         return ...;
22772     }
22774     auto v = get_large_vector(); //  return by value is ok, most modern compilers will do copy elision
22776 ##### Exception
22778 See the Exceptions in [F.20](#Rf-out).
22780 ##### Enforcement
22782 Check for pointers and references returned from functions and see if they are assigned to resource handles (e.g., to a `unique_ptr`).
22784 ### <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
22786 ##### Reason
22788 To provide complete control of the lifetime of the resource. To provide a coherent set of operations on the resource.
22790 ##### Example
22792     ??? Messing with pointers
22794 ##### Note
22796 If all members are resource handles, rely on the default special operations where possible.
22798     template<typename T> struct Named {
22799         string name;
22800         T value;
22801     };
22803 Now `Named` has a default constructor, a destructor, and efficient copy and move operations, provided `T` has.
22805 ##### Enforcement
22807 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.
22809 ### <a name="Cr-list"></a>Discussion: If a class is a container, give it an initializer-list constructor
22811 ##### Reason
22813 It is common to need an initial set of elements.
22815 ##### Example
22817     template<typename T> class Vector {
22818     public:
22819         Vector(std::initializer_list<T>);
22820         // ...
22821     };
22823     Vector<string> vs { "Nygaard", "Ritchie" };
22825 ##### Enforcement
22827 When is a class a container? ???
22829 # <a name="S-tools"></a>Appendix D: Supporting tools
22831 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
22832 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.
22834 ### <a name="St-clangtidy"></a>Tools: [Clang-tidy](http://clang.llvm.org/extra/clang-tidy/checks/list.html)
22836 Clang-tidy has a set of rules that specifically enforce the C++ Core Guidelines. These rules are named in the pattern `cppcoreguidelines-*`.
22838 ### <a name="St-cppcorecheck"></a>Tools: [CppCoreCheck](https://docs.microsoft.com/en-us/visualstudio/code-quality/using-the-cpp-core-guidelines-checkers)
22840 The Microsoft compiler's C++ code analysis contains a set of rules specifically aimed at enforcement of the C++ Core Guidelines.
22842 # <a name="S-glossary"></a>Glossary
22844 A relatively informal definition of terms used in the guidelines
22845 (based off the glossary in [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html))
22847 More information on many topics about C++ can be found on the [Standard C++ Foundation](https://isocpp.org)'s site.
22849 * *ABI*: Application Binary Interface, a specification for a specific hardware platform combined with the operating system. Contrast with API.
22850 * *abstract class*: a class that cannot be directly used to create objects; often used to define an interface to derived classes.
22851   A class is made abstract by having a pure virtual function or only protected constructors.
22852 * *abstraction*: a description of something that selectively and deliberately ignores (hides) details (e.g., implementation details); selective ignorance.
22853 * *address*: a value that allows us to find an object in a computer's memory.
22854 * *algorithm*: a procedure or formula for solving a problem; a finite series of computational steps to produce a result.
22855 * *alias*: an alternative way of referring to an object; often a name, pointer, or reference.
22856 * *API*: Application Programming Interface, a set of functions that form the communication between various software components. Contrast with ABI.
22857 * *application*: a program or a collection of programs that is considered an entity by its users.
22858 * *approximation*: something (e.g., a value or a design) that is close to the perfect or ideal (value or design).
22859   Often an approximation is a result of trade-offs among ideals.
22860 * *argument*: a value passed to a function or a template, in which it is accessed through a parameter.
22861 * *array*: a homogeneous sequence of elements, usually numbered, e.g., `[0:max)`.
22862 * *assertion*: a statement inserted into a program to state (assert) that something must always be true at this point in the program.
22863 * *base class*: a type that is intended to be derived from (e.g., has a non-`final` virtual function), and objects of the type are intended to be used only indirectly (e.g., by pointer). \[In strict terms, "base class" could be defined as "something we derived from" but we are specifying in terms of the class designer's intent.\] Typically a base class has one or more virtual functions.
22864 * *bit*: the basic unit of information in a computer. A bit can have the value 0 or the value 1.
22865 * *bug*: an error in a program.
22866 * *byte*: the basic unit of addressing in most computers. Typically, a byte holds 8 bits.
22867 * *class*: a user-defined type that can contain data members, function members, and member types.
22868 * *code*: a program or a part of a program; ambiguously used for both source code and object code.
22869 * *compiler*: a program that turns source code into object code.
22870 * *complexity*: a hard-to-precisely-define notion or measure of the difficulty of constructing a solution to a problem or of the solution itself.
22871   Sometimes complexity is used to (simply) mean an estimate of the number of operations needed to execute an algorithm.
22872 * *computation*: the execution of some code, usually taking some input and producing some output.
22873 * *concept*: (1) a notion, and idea; (2) a set of requirements, usually for a template argument.
22874 * *concrete type*: a type that is not a base class, and objects of the type are intended to be used directly (not only by pointer/indirection), its size is known, it can typically be allocated anywhere the programmer wants (e.g., stack or statically).
22875 * *constant*: a value that cannot be changed (in a given scope); not mutable.
22876 * *constructor*: an operation that initializes ("constructs") an object.
22877   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).
22878 * *container*: an object that holds elements (other objects).
22879 * *copy*: an operation that makes two objects have values that compare equal. See also move.
22880 * *correctness*: a program or a piece of a program is correct if it meets its specification.
22881   Unfortunately, a specification can be incomplete or inconsistent, or can fail to meet users' reasonable expectations.
22882   Thus, to produce acceptable code, we sometimes have to do more than just follow the formal specification.
22883 * *cost*: the expense (e.g., in programmer time, run time, or space) of producing a program or of executing it.
22884   Ideally, cost should be a function of complexity.
22885 * *customization point*: ???
22886 * *data*: values used in a computation.
22887 * *debugging*: the act of searching for and removing errors from a program; usually far less systematic than testing.
22888 * *declaration*: the specification of a name with its type in a program.
22889 * *definition*: a declaration of an entity that supplies all information necessary to complete a program using the entity.
22890   Simplified definition: a declaration that allocates memory.
22891 * *derived class*: a class derived from one or more base classes.
22892 * *design*: an overall description of how a piece of software should operate to meet its specification.
22893 * *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.
22894 * *encapsulation*: protecting something meant to be private (e.g., implementation details) from unauthorized access.
22895 * *error*: a mismatch between reasonable expectations of program behavior (often expressed as a requirement or a users' guide) and what a program actually does.
22896 * *executable*: a program ready to be run (executed) on a computer.
22897 * *feature creep*: a tendency to add excess functionality to a program "just in case."
22898 * *file*: a container of permanent information in a computer.
22899 * *floating-point number*: a computer's approximation of a real number, such as 7.93 and 10.78e-3.
22900 * *function*: a named unit of code that can be invoked (called) from different parts of a program; a logical unit of computation.
22901 * *generic programming*: a style of programming focused on the design and efficient implementation of algorithms.
22902   A generic algorithm will work for all argument types that meet its requirements. In C++, generic programming typically uses templates.
22903 * *global variable*: technically, a named object in namespace scope.
22904 * *handle*: a class that allows access to another through a member pointer or reference. See also resource, copy, move.
22905 * *header*: a file containing declarations used to share interfaces between parts of a program.
22906 * *hiding*: the act of preventing a piece of information from being directly seen or accessed.
22907   For example, a name from a nested (inner) scope can prevent that same name from an outer (enclosing) scope from being directly used.
22908 * *ideal*: the perfect version of something we are striving for. Usually we have to make trade-offs and settle for an approximation.
22909 * *implementation*: (1) the act of writing and testing code; (2) the code that implements a program.
22910 * *infinite loop*: a loop where the termination condition never becomes true. See iteration.
22911 * *infinite recursion*: a recursion that doesn't end until the machine runs out of memory to hold the calls.
22912   In reality, such recursion is never infinite but is terminated by some hardware error.
22913 * *information hiding*: the act of separating interface and implementation, thus hiding implementation details not meant for the user's attention and providing an abstraction.
22914 * *initialize*: giving an object its first (initial) value.
22915 * *input*: values used by a computation (e.g., function arguments and characters typed on a keyboard).
22916 * *integer*: a whole number, such as 42 and -99.
22917 * *interface*: a declaration or a set of declarations specifying how a piece of code (such as a function or a class) can be called.
22918 * *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.
22919 * *iteration*: the act of repeatedly executing a piece of code; see recursion.
22920 * *iterator*: an object that identifies an element of a sequence.
22921 * *ISO*: International Organization for Standardization. The C++ language is an ISO standard, ISO/IEC 14882. More information at [iso.org](http://iso.org).
22922 * *library*: a collection of types, functions, classes, etc. implementing a set of facilities (abstractions) meant to be potentially used as part of more than one program.
22923 * *lifetime*: the time from the initialization of an object until it becomes unusable (goes out of scope, is deleted, or the program terminates).
22924 * *linker*: a program that combines object code files and libraries into an executable program.
22925 * *literal*: a notation that directly specifies a value, such as 12 specifying the integer value "twelve."
22926 * *loop*: a piece of code executed repeatedly; in C++, typically a for-statement or a `while`-statement.
22927 * *move*: an operation that transfers a value from one object to another leaving behind a value representing "empty." See also copy.
22928 * *move-only type*: a concrete type that is movable but not copyable.
22929 * *mutable*: changeable; the opposite of immutable, constant, and invariable.
22930 * *object*: (1) an initialized region of memory of a known type which holds a value of that type; (2) a region of memory.
22931 * *object code*: output from a compiler intended as input for a linker (for the linker to produce executable code).
22932 * *object file*: a file containing object code.
22933 * *object-oriented programming*: (OOP) a style of programming focused on the design and use of classes and class hierarchies.
22934 * *operation*: something that can perform some action, such as a function and an operator.
22935 * *output*: values produced by a computation (e.g., a function result or lines of characters written on a screen).
22936 * *overflow*: producing a value that cannot be stored in its intended target.
22937 * *overload*: defining two functions or operators with the same name but different argument (operand) types.
22938 * *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.
22939 * *owner*: an object responsible for releasing a resource.
22940 * *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.
22941 * *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.
22942 * *pointer*: (1) a value used to identify a typed object in memory; (2) a variable holding such a value.
22943 * *post-condition*: a condition that must hold upon exit from a piece of code, such as a function or a loop.
22944 * *pre-condition*: a condition that must hold upon entry into a piece of code, such as a function or a loop.
22945 * *program*: code (possibly with associated data) that is sufficiently complete to be executed by a computer.
22946 * *programming*: the art of expressing solutions to problems as code.
22947 * *programming language*: a language for expressing programs.
22948 * *pseudo code*: a description of a computation written in an informal notation rather than a programming language.
22949 * *pure virtual function*: a virtual function that must be overridden in a derived class.
22950 * *RAII*: ("Resource Acquisition Is Initialization") a basic technique for resource management based on scopes.
22951 * *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.
22952 * *recursion*: the act of a function calling itself; see also iteration.
22953 * *reference*: (1) a value describing the location of a typed value in memory; (2) a variable holding such a value.
22954 * *regular expression*: a notation for patterns in character strings.
22955 * *regular*: a semiregular type that is equality-comparable (see `std::regular` concept). After a copy, the copied object compares equal to the original object. A regular type behaves similarly to built-in types like `int` and can be compared with `==`.
22956 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*.
22957 * *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.
22958 * *resource*: something that is acquired and must later be released, such as a file handle, a lock, or memory. See also handle, owner.
22959 * *rounding*: conversion of a value to the mathematically nearest value of a less precise type.
22960 * *RTTI*: Run-Time Type Information. ???
22961 * *scope*: the region of program text (source code) in which a name can be referred to.
22962 * *semiregular*: a concrete type that is copyable (including movable) and default-constructible (see `std::semiregular` concept). The result of a copy is an independent object with the same value as the original. A semiregular type behaves roughly like a built-in type like `int`, but possibly without a `==` operator. See also *regular type*.
22963 * *sequence*: elements that can be visited in a linear order.
22964 * *software*: a collection of pieces of code and associated data; often used interchangeably with program.
22965 * *source code*: code as produced by a programmer and (in principle) readable by other programmers.
22966 * *source file*: a file containing source code.
22967 * *specification*: a description of what a piece of code should do.
22968 * *standard*: an officially agreed upon definition of something, such as a programming language.
22969 * *state*: a set of values.
22970 * *STL*: the containers, iterators, and algorithms part of the standard library.
22971 * *string*: a sequence of characters.
22972 * *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.
22973 * *subtype*: derived type; a type that has all the properties of a type and possibly more.
22974 * *supertype*: base type; a type that has a subset of the properties of a type.
22975 * *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.
22976 * *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.
22977 * *template*: a class or a function parameterized by one or more types or (compile-time) values; the basic C++ language construct supporting generic programming.
22978 * *testing*: a systematic search for errors in a program.
22979 * *trade-off*: the result of balancing several design and implementation criteria.
22980 * *truncation*: loss of information in a conversion from a type into another that cannot exactly represent the value to be converted.
22981 * *type*: something that defines a set of possible values and a set of operations for an object.
22982 * *uninitialized*: the (undefined) state of an object before it is initialized.
22983 * *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.
22984 * *use case*: a specific (typically simple) use of a program meant to test its functionality and demonstrate its purpose.
22985 * *value*: a set of bits in memory interpreted according to a type.
22986 * *value type*: a term some people use to mean a regular or semiregular type.
22987 * *variable*: a named object of a given type; contains a value unless uninitialized.
22988 * *virtual function*: a member function that can be overridden in a derived class.
22989 * *word*: a basic unit of memory in a computer, often the unit used to hold an integer.
22991 # <a name="S-unclassified"></a>To-do: Unclassified proto-rules
22993 This is our to-do list.
22994 Eventually, the entries will become rules or parts of rules.
22995 Alternatively, we will decide that no change is needed and delete the entry.
22997 * No long-distance friendship
22998 * Should physical design (what's in a file) and large-scale design (libraries, groups of libraries) be addressed?
22999 * Namespaces
23000 * Avoid using directives in the global scope (except for std, and other "fundamental" namespaces (e.g. experimental))
23001 * 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?
23002 * Should there be inline namespaces (à la `std::literals::*_literals`)?
23003 * Avoid implicit conversions
23004 * 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
23005 * Always initialize variables, use initialization lists for data members.
23006 * 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. :)
23007 * Use `const`-ness wherever possible: member functions, variables and (yippee) `const_iterators`
23008 * Use `auto`
23009 * `(size)` vs. `{initializers}` vs. `{Extent{size}}`
23010 * Don't overabstract
23011 * Never pass a pointer down the call stack
23012 * falling through a function bottom
23013 * 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?
23014 * 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?
23015 * Speaking of lambdas, what would weigh in on the decision between lambdas and (local?) classes in algorithm calls and other callback scenarios?
23016 * 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?
23017 * What to do with leaks out of temporaries? : `p = (s1 + s2).c_str();`
23018 * pointer/iterator invalidation leading to dangling pointers:
23020         void bad()
23021         {
23022             int* p = new int[700];
23023             int* q = &p[7];
23024             delete p;
23026             vector<int> v(700);
23027             int* q2 = &v[7];
23028             v.resize(900);
23030             // ... use q and q2 ...
23031         }
23033 * LSP
23034 * private inheritance vs/and membership
23035 * avoid static class members variables (race conditions, almost-global variables)
23037 * Use RAII lock guards (`lock_guard`, `unique_lock`, `shared_lock`), never call `mutex.lock` and `mutex.unlock` directly (RAII)
23038 * Prefer non-recursive locks (often used to work around bad reasoning, overhead)
23039 * 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`?
23040 * If two or more mutexes must be acquired at the same time, use `std::lock` (or another deadlock avoidance algorithm?)
23041 * 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.
23042 * 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)
23043 * 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)
23044 * 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)
23046 * rules for arithmetic
23048 # Bibliography
23050 * <a name="Abrahams01"></a>
23051   \[Abrahams01]:  D. Abrahams. [Exception-Safety in Generic Components](http://www.boost.org/community/exception_safety.html).
23052 * <a name="Alexandrescu01"></a>
23053   \[Alexandrescu01]:  A. Alexandrescu. Modern C++ Design (Addison-Wesley, 2001).
23054 * <a name="Cplusplus03"></a>
23055   \[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).
23056 * <a name="Cargill92"></a>
23057   \[Cargill92]:       T. Cargill. C++ Programming Style (Addison-Wesley, 1992).
23058 * <a name="Cline99"></a>
23059   \[Cline99]:         M. Cline, G. Lomow, and M. Girou. C++ FAQs (2ndEdition) (Addison-Wesley, 1999).
23060 * <a name="Dewhurst03"></a>
23061   \[Dewhurst03]:      S. Dewhurst. C++ Gotchas (Addison-Wesley, 2003).
23062 * <a name="Henricson97"></a>
23063   \[Henricson97]:     M. Henricson and E. Nyquist. Industrial Strength C++ (Prentice Hall, 1997).
23064 * <a name="Koenig97"></a>
23065   \[Koenig97]:        A. Koenig and B. Moo. Ruminations on C++ (Addison-Wesley, 1997).
23066 * <a name="Lakos96"></a>
23067   \[Lakos96]:         J. Lakos. Large-Scale C++ Software Design (Addison-Wesley, 1996).
23068 * <a name="Meyers96"></a>
23069   \[Meyers96]:        S. Meyers. More Effective C++ (Addison-Wesley, 1996).
23070 * <a name="Meyers97"></a>
23071   \[Meyers97]:        S. Meyers. Effective C++ (2nd Edition) (Addison-Wesley, 1997).
23072 * <a name="Meyers01"></a>
23073   \[Meyers01]:        S. Meyers. Effective STL (Addison-Wesley, 2001).
23074 * <a name="Meyers05"></a>
23075   \[Meyers05]:        S. Meyers. Effective C++ (3rd Edition) (Addison-Wesley, 2005).
23076 * <a name="Meyers15"></a>
23077   \[Meyers15]:        S. Meyers. Effective Modern C++ (O'Reilly, 2015).
23078 * <a name="Murray93"></a>
23079   \[Murray93]:        R. Murray. C++ Strategies and Tactics (Addison-Wesley, 1993).
23080 * <a name="Stroustrup94"></a>
23081   \[Stroustrup94]:    B. Stroustrup. The Design and Evolution of C++ (Addison-Wesley, 1994).
23082 * <a name="Stroustrup00"></a>
23083   \[Stroustrup00]:    B. Stroustrup. The C++ Programming Language (Special 3rdEdition) (Addison-Wesley, 2000).
23084 * <a name="Stroustrup05"></a>
23085   \[Stroustrup05]:    B. Stroustrup. [A rationale for semantically enhanced library languages](http://www.stroustrup.com/SELLrationale.pdf).
23086 * <a name="Stroustrup13"></a>
23087   \[Stroustrup13]:    B. Stroustrup. [The C++ Programming Language (4th Edition)](http://www.stroustrup.com/4th.html). Addison Wesley 2013.
23088 * <a name="Stroustrup14"></a>
23089   \[Stroustrup14]:    B. Stroustrup. [A Tour of C++](http://www.stroustrup.com/Tour.html).
23090   Addison Wesley 2014.
23091 * <a name="Stroustrup15"></a>
23092   \[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).
23093 * <a name="SuttHysl04b"></a>
23094   \[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).
23095 * <a name="SuttAlex05"></a>
23096   \[SuttAlex05]:      H. Sutter and  A. Alexandrescu. C++ Coding Standards. Addison-Wesley 2005.
23097 * <a name="Sutter00"></a>
23098   \[Sutter00]:        H. Sutter. Exceptional C++ (Addison-Wesley, 2000).
23099 * <a name="Sutter02"></a>
23100   \[Sutter02]:        H. Sutter. More Exceptional C++ (Addison-Wesley, 2002).
23101 * <a name="Sutter04"></a>
23102   \[Sutter04]:        H. Sutter. Exceptional C++ Style (Addison-Wesley, 2004).
23103 * <a name="Taligent94"></a>
23104   \[Taligent94]: Taligent's Guide to Designing Programs (Addison-Wesley, 1994).