adding punctuation
[CppCoreGuidelines.git] / CppCoreGuidelines.md
blob21c7af035310ac992dce50dbe4b09693b9617b9b
1 # <a name="main"></a>C++ Core Guidelines
3 March 17, 2017
6 Editors:
8 * [Bjarne Stroustrup](http://www.stroustrup.com)
9 * [Herb Sutter](http://herbsutter.com/)
11 This document is a very early draft. It is inkorrekt, incompleat, and pµÃoorly formatted.
12 Had it been an open source (code) project, this would have been release 0.7.
13 Copying, use, modification, and creation of derivative works from this project is licensed under an MIT-style license.
14 Contributing to this project requires agreeing to a Contributor License. See the accompanying [LICENSE](LICENSE) file for details.
15 We make this project available to "friendly users" to use, copy, modify, and derive from, hoping for constructive input.
17 Comments and suggestions for improvements are most welcome.
18 We plan to modify and extend this document as our understanding improves and the language and the set of available libraries improve.
19 When commenting, please note [the introduction](#S-introduction) that outlines our aims and general approach.
20 The list of contributors is [here](#SS-ack).
22 Problems:
24 * The sets of rules have not been thoroughly checked for completeness, consistency, or enforceability.
25 * Triple question marks (???) mark known missing information
26 * Update reference sections; many pre-C++11 sources are too old.
27 * For a more-or-less up-to-date to-do list see: [To-do: Unclassified proto-rules](#S-unclassified)
29 You can [read an explanation of the scope and structure of this Guide](#S-abstract) or just jump straight in:
31 * [In: Introduction](#S-introduction)
32 * [P: Philosophy](#S-philosophy)
33 * [I: Interfaces](#S-interfaces)
34 * [F: Functions](#S-functions)
35 * [C: Classes and class hierarchies](#S-class)
36 * [Enum: Enumerations](#S-enum)
37 * [R: Resource management](#S-resource)
38 * [ES: Expressions and statements](#S-expr)
39 * [Per: Performance](#S-performance)
40 * [CP: Concurrency](#S-concurrency)
41 * [E: Error handling](#S-errors)
42 * [Con: Constants and immutability](#S-const)
43 * [T: Templates and generic programming](#S-templates)
44 * [CPL: C-style programming](#S-cpl)
45 * [SF: Source files](#S-source)
46 * [SL: The Standard library](#S-stdlib)
48 Supporting sections:
50 * [A: Architectural Ideas](#S-A)
51 * [N: Non-Rules and myths](#S-not)
52 * [RF: References](#S-references)
53 * [Pro: Profiles](#S-profile)
54 * [GSL: Guideline support library](#S-gsl)
55 * [NL: Naming and layout](#S-naming)
56 * [FAQ: Answers to frequently asked questions](#S-faq)
57 * [Appendix A: Libraries](#S-libraries)
58 * [Appendix B: Modernizing code](#S-modernizing)
59 * [Appendix C: Discussion](#S-discussion)
60 * [Glossary](#S-glossary)
61 * [To-do: Unclassified proto-rules](#S-unclassified)
63 or look at a specific language feature
65 * [assignment](#S-???)
66 * [`class`](#S-class)
67 * [constructor](#SS-ctor)
68 * [derived `class`](#SS-hier)
69 * [destructor](#SS-dtor)
70 * [exception](#S-errors)
71 * [`for`](#S-???)
72 * [`inline`](#S-class)
73 * [initialization](#S-???)
74 * [lambda expression](#SS-lambdas)
75 * [operator](#S-???)
76 * [`public`, `private`, and `protected`](#S-???)
77 * [`static_assert`](#S-???)
78 * [`struct`](#S-class)
79 * [`template`](#S-???)
80 * [`unsigned`](#S-???)
81 * [`virtual`](#SS-hier)
83 Definitions of terms used to express and discuss the rules, that are not language-technical, but refer to design and programming techniques
85 * error
86 * exception
87 * failure
88 * invariant
89 * leak
90 * precondition
91 * postcondition
92 * resource
93 * exception guarantee
95 # <a name="S-abstract"></a>Abstract
97 This document is a set of guidelines for using C++ well.
98 The aim of this document is to help people to use modern C++ effectively.
99 By "modern C++" we mean C++11 and C++14 (and soon C++17).
100 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?
102 The guidelines are focused on relatively higher-level issues, such as interfaces, resource management, memory management, and concurrency.
103 Such rules affect application architecture and library design.
104 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.
105 And it will run fast -- you can afford to do things right.
107 We are less concerned with low-level issues, such as naming conventions and indentation style.
108 However, no topic that can help a programmer is out of bounds.
110 Our initial set of rules emphasizes safety (of various forms) and simplicity.
111 They may very well be too strict.
112 We expect to have to introduce more exceptions to better accommodate real-world needs.
113 We also need more rules.
115 You will find some of the rules contrary to your expectations or even contrary to your experience.
116 If we haven't suggested you change your coding style in any way, we have failed!
117 Please try to verify or disprove rules!
118 In particular, we'd really like to have some of our rules backed up with measurements or better examples.
120 You will find some of the rules obvious or even trivial.
121 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.
123 Many of the rules are designed to be supported by an analysis tool.
124 Violations of rules will be flagged with references (or links) to the relevant rule.
125 We do not expect you to memorize all the rules before trying to write code.
126 One way of thinking about these guidelines is as a specification for tools that happens to be readable by humans.
128 The rules are meant for gradual introduction into a code base.
129 We plan to build tools for that and hope others will too.
131 Comments and suggestions for improvements are most welcome.
132 We plan to modify and extend this document as our understanding improves and the language and the set of available libraries improve.
134 # <a name="S-introduction"></a>In: Introduction
136 This is a set of core guidelines for modern C++, C++14, taking likely future enhancements and ISO Technical Specifications (TSs) into account.
137 The aim is to help C++ programmers to write simpler, more efficient, more maintainable code.
139 Introduction summary:
141 * [In.target: Target readership](#SS-readers)
142 * [In.aims: Aims](#SS-aims)
143 * [In.not: Non-aims](#SS-non)
144 * [In.force: Enforcement](#SS-force)
145 * [In.struct: The structure of this document](#SS-struct)
146 * [In.sec: Major sections](#SS-sec)
148 ## <a name="SS-readers"></a>In.target: Target readership
150 All C++ programmers. This includes [programmers who might consider C](#S-cpl).
152 ## <a name="SS-aims"></a>In.aims: Aims
154 The purpose of this document is to help developers to adopt modern C++ (C++11, C++14, and soon C++17) and to achieve a more uniform style across code bases.
156 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.
157 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").
158 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.
159 Remember:
161 ### <a name="R0"></a>In.0: Don't panic!
163 Take the time to understand the implications of a guideline rule on your program.
165 These guidelines are designed according to the "subset of superset" principle ([Stroustrup05](#Stroustrup05)).
166 They do not simply define a subset of C++ to be used (for reliability, safety, performance, or whatever).
167 Instead, they strongly recommend the use of a few simple "extensions" ([library components](#S-gsl))
168 that make the use of the most error-prone features of C++ redundant, so that they can be banned (in our set of rules).
170 The rules emphasize static type safety and resource safety.
171 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).
172 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.
174 Many of the rules are prescriptive.
175 We are uncomfortable with rules that simply state "don't do that!" without offering an alternative.
176 One consequence of that is that some rules can be supported only by heuristics, rather than precise and mechanically verifiable checks.
177 Other rules articulate general principles. For these more general rules, more detailed and specific rules provide partial checking.
179 These guidelines address the core of C++ and its use.
180 We expect that most large organizations, specific application areas, and even large projects will need further rules, possibly further restrictions, and further library support.
181 For example, hard real-time programmers typically can't use free store (dynamic memory) freely and will be restricted in their choice of libraries.
182 We encourage the development of such more specific rules as addenda to these core guidelines.
183 Build your ideal small foundation library and use that, rather than lowering your level of programming to glorified assembly code.
185 The rules are designed to allow [gradual adoption](#S-modernizing).
187 Some rules aim to increase various forms of safety while others aim to reduce the likelihood of accidents, many do both.
188 The guidelines aimed at preventing accidents often ban perfectly legal C++.
189 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.
191 ## <a name="SS-non"></a>In.not: Non-aims
193 The rules are not intended to be minimal or orthogonal.
194 In particular, general rules can be simple, but unenforceable.
195 Also, it is often hard to understand the implications of a general rule.
196 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.
197 We provide rules aimed at helping novices as well as rules supporting expert use.
198 Some rules can be completely enforced, but others are based on heuristics.
200 These rules are not meant to be read serially, like a book.
201 You can browse through them using the links.
202 However, their main intended use is to be targets for tools.
203 That is, a tool looks for violations and the tool returns links to violated rules.
204 The rules then provide reasons, examples of potential consequences of the violation, and suggested remedies.
206 These guidelines are not intended to be a substitute for a tutorial treatment of C++.
207 If you need a tutorial for some given level of experience, see [the references](#S-references).
209 This is not a guide on how to convert old C++ code to more modern code.
210 It is meant to articulate ideas for new code in a concrete fashion.
211 However, see [the modernization section](#S-modernizing) for some possible approaches to modernizing/rejuvenating/upgrading.
212 Importantly, the rules support gradual adoption: It is typically infeasible to completely convert a large code base all at once.
214 These guidelines are not meant to be complete or exact in every language-technical detail.
215 For the final word on language definition issues, including every exception to general rules and every feature, see the ISO C++ standard.
217 The rules are not intended to force you to write in an impoverished subset of C++.
218 They are *emphatically* not meant to define a, say, Java-like subset of C++.
219 They are not meant to define a single "one true C++" language.
220 We value expressiveness and uncompromised performance.
222 The rules are not value-neutral.
223 They are meant to make code simpler and more correct/safer than most existing C++ code, without loss of performance.
224 They are meant to inhibit perfectly valid C++ code that correlates with errors, spurious complexity, and poor performance.
226 The rules are not perfect.
227 A rule can do harm by prohibiting something that is useful in a given situation.
228 A rule can do harm by failing to prohibit something that enables a serious error in a given situation.
229 A rule can do a lot of harm by being vague, ambiguous, unenforceable, or by enabling every solution to a problem.
230 It is impossible to completely meet the "do no harm" criteria.
231 Instead, our aim is the less ambitious: "Do the most good for most programmers";
232 if you cannot live with a rule, object to it, ignore it, but don't water it down until it becomes meaningless.
233 Also, suggest an improvement.
235 ## <a name="SS-force"></a>In.force: Enforcement
237 Rules with no enforcement are unmanageable for large code bases.
238 Enforcement of all rules is possible only for a small weak set of rules or for a specific user community.
240 * But we want lots of rules, and we want rules that everybody can use.
241 * But different people have different needs.
242 * But people don't like to read lots of rules.
243 * But people can't remember many rules.
245 So, we need subsetting to meet a variety of needs.
247 * But arbitrary subsetting leads to chaos.
249 We want guidelines that help a lot of people, make code more uniform, and strongly encourage people to modernize their code.
250 We want to encourage best practices, rather than leave all to individual choices and management pressures.
251 The ideal is to use all rules; that gives the greatest benefits.
253 This adds up to quite a few dilemmas.
254 We try to resolve those using tools.
255 Each rule has an **Enforcement** section listing ideas for enforcement.
256 Enforcement might be done by code review, by static analysis, by compiler, or by run-time checks.
257 Wherever possible, we prefer "mechanical" checking (humans are slow, inaccurate, and bore easily) and static checking.
258 Run-time checks are suggested only rarely where no alternative exists; we do not want to introduce "distributed fat".
259 Where appropriate, we label a rule (in the **Enforcement** sections) with the name of groups of related rules (called "profiles").
260 A rule can be part of several profiles, or none.
261 For a start, we have a few profiles corresponding to common needs (desires, ideals):
263 * **type**: No type violations (reinterpreting a `T` as a `U` through casts, unions, or varargs)
264 * **bounds**: No bounds violations (accessing beyond the range of an array)
265 * **lifetime**: No leaks (failing to `delete` or multiple `delete`) and no access to invalid objects (dereferencing `nullptr`, using a dangling reference).
267 The profiles are intended to be used by tools, but also serve as an aid to the human reader.
268 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.
270 Tools that implement these rules shall respect the following syntax to explicitly suppress a rule:
272     [[gsl::suppress(tag)]]
274 where "tag" is the anchor name of the item where the Enforcement rule appears (e.g., for [C.134](#Rh-public) it is "Rh-public"), the
275 name of a profile group-of-rules ("type", "bounds", or "lifetime"),
276 or a specific rule in a profile ([type.4](#Pro-type-cstylecast), or [bounds.2](#Pro-bounds-arrayindex)).
278 ## <a name="SS-struct"></a>In.struct: The structure of this document
280 Each rule (guideline, suggestion) can have several parts:
282 * The rule itself -- e.g., **no naked `new`**
283 * A rule reference number -- e.g., **C.7** (the 7th rule related to classes).
284   Since the major sections are not inherently ordered, we use letters as the first part of a rule reference "number".
285   We leave gaps in the numbering to minimize "disruption" when we add or remove rules.
286 * **Reason**s (rationales) -- because programmers find it hard to follow rules they don't understand
287 * **Example**s -- because rules are hard to understand in the abstract; can be positive or negative
288 * **Alternative**s -- for "don't do this" rules
289 * **Exception**s -- we prefer simple general rules. However, many rules apply widely, but not universally, so exceptions must be listed
290 * **Enforcement** -- ideas about how the rule might be checked "mechanically"
291 * **See also**s -- references to related rules and/or further discussion (in this document or elsewhere)
292 * **Note**s (comments) -- something that needs saying that doesn't fit the other classifications
293 * **Discussion** -- references to more extensive rationale and/or examples placed outside the main lists of rules
295 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.
296 We hope that "mechanical" tools will improve with time to approximate what such an expert programmer notices.
297 Also, we assume that the rules will be refined over time to make them more precise and checkable.
299 A rule is aimed at being simple, rather than carefully phrased to mention every alternative and special case.
300 Such information is found in the **Alternative** paragraphs and the [Discussion](#S-discussion) sections.
301 If you don't understand a rule or disagree with it, please visit its **Discussion**.
302 If you feel that a discussion is missing or incomplete, enter an [Issue](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/issues)
303 explaining your concerns and possibly a corresponding PR.
305 This is not a language manual.
306 It is meant to be helpful, rather than complete, fully accurate on technical details, or a guide to existing code.
307 Recommended information sources can be found in [the references](#S-references).
309 ## <a name="SS-sec"></a>In.sec: Major sections
311 * [In: Introduction](#S-introduction)
312 * [P: Philosophy](#S-philosophy)
313 * [I: Interfaces](#S-interfaces)
314 * [F: Functions](#S-functions)
315 * [C: Classes and class hierarchies](#S-class)
316 * [Enum: Enumerations](#S-enum)
317 * [R: Resource management](#S-resource)
318 * [ES: Expressions and statements](#S-expr)
319 * [E: Error handling](#S-errors)
320 * [Con: Constants and immutability](#S-const)
321 * [T: Templates and generic programming](#S-templates)
322 * [CP: Concurrency](#S-concurrency)
323 * [SL: The Standard library](#S-stdlib)
324 * [SF: Source files](#S-source)
325 * [CPL: C-style programming](#S-cpl)
326 * [Pro: Profiles](#S-profile)
327 * [GSL: Guideline support library](#S-gsl)
328 * [FAQ: Answers to frequently asked questions](#S-faq)
330 Supporting sections:
332 * [NL: Naming and layout](#S-naming)
333 * [Per: Performance](#S-performance)
334 * [N: Non-Rules and myths](#S-not)
335 * [RF: References](#S-references)
336 * [Appendix A: Libraries](#S-libraries)
337 * [Appendix B: Modernizing code](#S-modernizing)
338 * [Appendix C: Discussion](#S-discussion)
339 * [Glossary](#S-glossary)
340 * [To-do: Unclassified proto-rules](#S-unclassified)
342 These sections are not orthogonal.
344 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.
345 The main section abbreviations are also used in rule numbers (e.g., "C.11" for "Make concrete types regular").
347 # <a name="S-philosophy"></a>P: Philosophy
349 The rules in this section are very general.
351 Philosophy rules summary:
353 * [P.1: Express ideas directly in code](#Rp-direct)
354 * [P.2: Write in ISO Standard C++](#Rp-Cplusplus)
355 * [P.3: Express intent](#Rp-what)
356 * [P.4: Ideally, a program should be statically type safe](#Rp-typesafe)
357 * [P.5: Prefer compile-time checking to run-time checking](#Rp-compile-time)
358 * [P.6: What cannot be checked at compile time should be checkable at run time](#Rp-run-time)
359 * [P.7: Catch run-time errors early](#Rp-early)
360 * [P.8: Don't leak any resources](#Rp-leak)
361 * [P.9: Don't waste time or space](#Rp-waste)
362 * [P.10: Prefer immutable data to mutable data](#Rp-mutable)
363 * [P.11: Encapsulate messy constructs, rather than spreading through the code](#Rp-library)
364 * [P.12: Use supporting tools as appropriate](#Rp-tools)
365 * [P.13: Use support libraries as appropriate](#Rp-lib)
367 Philosophical rules are generally not mechanically checkable.
368 However, individual rules reflecting these philosophical themes are.
369 Without a philosophical basis, the more concrete/specific/checkable rules lack rationale.
371 ### <a name="Rp-direct"></a>P.1: Express ideas directly in code
373 ##### Reason
375 Compilers don't read comments (or design documents) and neither do many programmers (consistently).
376 What is expressed in code has defined semantics and can (in principle) be checked by compilers and other tools.
378 ##### Example
380     class Date {
381         // ...
382     public:
383         Month month() const;  // do
384         int month();          // don't
385         // ...
386     };
388 The first declaration of `month` is explicit about returning a `Month` and about not modifying the state of the `Date` object.
389 The second version leaves the reader guessing and opens more possibilities for uncaught bugs.
391 ##### Example
393     void f(vector<string>& v)
394     {
395         string val;
396         cin >> val;
397         // ...
398         int index = -1;                    // bad
399         for (int i = 0; i < v.size(); ++i)
400             if (v[i] == val) {
401                 index = i;
402                 break;
403             }
404         // ...
405     }
407 That loop is a restricted form of `std::find`.
408 A much clearer expression of intent would be:
410     void f(vector<string>& v)
411     {
412         string val;
413         cin >> val;
414         // ...
415         auto p = find(begin(v), end(v), val);  // better
416         // ...
417     }
419 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.
421 A C++ programmer should know the basics of the standard library, and use it where appropriate.
422 Any programmer should know the basics of the foundation libraries of the project being worked on, and use them appropriately.
423 Any programmer using these guidelines should know the [guideline support library](#S-gsl), and use it appropriately.
425 ##### Example
427     change_speed(double s);   // bad: what does s signify?
428     // ...
429     change_speed(2.3);
431 A better approach is to be explicit about the meaning of the double (new speed or delta on old speed?) and the unit used:
433     change_speed(Speed s);    // better: the meaning of s is specified
434     // ...
435     change_speed(2.3);        // error: no unit
436     change_speed(23m / 10s);  // meters per second
438 We could have accepted a plain (unit-less) `double` as a delta, but that would have been error-prone.
439 If we wanted both absolute speed and deltas, we would have defined a `Delta` type.
441 ##### Enforcement
443 Very hard in general.
445 * use `const` consistently (check if member functions modify their object; check if functions modify arguments passed by pointer or reference)
446 * flag uses of casts (casts neuter the type system)
447 * detect code that mimics the standard library (hard)
449 ### <a name="Rp-Cplusplus"></a>P.2: Write in ISO Standard C++
451 ##### Reason
453 This is a set of guidelines for writing ISO Standard C++.
455 ##### Note
457 There are environments where extensions are necessary, e.g., to access system resources.
458 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.
460 Extensions often do not have rigorously defined semantics.  Even extensions that
461 are common and implemented by multiple compilers may have slightly different
462 behaviors and edge case behavior as a direct result of *not* having a rigorous
463 standard definition.  With sufficient use of any such extension, expected
464 portability will be impacted.
466 ##### Note
468 Using valid ISO C++ does not guarantee portability (let alone correctness).
469 Avoid dependence on undefined behavior (e.g., [undefined order of evaluation](#Res-order))
470 and be aware of constructs with implementation defined meaning (e.g., `sizeof(int)`).
472 ##### Note
474 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.
475 In such cases, control their (dis)use with an extension of these Coding Guidelines customized to the specific environment.
477 ##### Enforcement
479 Use an up-to-date C++ compiler (currently C++11 or C++14) with a set of options that do not accept extensions.
481 ### <a name="Rp-what"></a>P.3: Express intent
483 ##### Reason
485 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.
487 ##### Example
489     int i = 0;
490     while (i < v.size()) {
491         // ... do something with v[i] ...
492     }
494 The intent of "just" looping over the elements of `v` is not expressed here. The implementation detail of an index is exposed (so that it might be misused), and `i` outlives the scope of the loop, which may or may not be intended. The reader cannot know from just this section of code.
496 Better:
498     for (const auto& x : v) { /* do something with x */ }
500 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:
502     for (auto& x : v) { /* do something with x */ }
504 Sometimes better still, use a named algorithm:
506     for_each(v, [](int x) { /* do something with x */ });
507     for_each(par, v, [](int x) { /* do something with x */ });
509 The last variant makes it clear that we are not interested in the order in which the elements of `v` are handled.
511 A programmer should be familiar with
513 * [The guideline support library](#S-gsl)
514 * [The ISO C++ standard library](#S-stdlib)
515 * Whatever foundation libraries are used for the current project(s)
517 ##### Note
519 Alternative formulation: Say what should be done, rather than just how it should be done.
521 ##### Note
523 Some language constructs express intent better than others.
525 ##### Example
527 If two `int`s are meant to be the coordinates of a 2D point, say so:
529     draw_line(int, int, int, int);  // obscure
530     draw_line(Point, Point);        // clearer
532 ##### Enforcement
534 Look for common patterns for which there are better alternatives
536 * simple `for` loops vs. range-`for` loops
537 * `f(T*, int)` interfaces vs. `f(span<T>)` interfaces
538 * loop variables in too large a scope
539 * naked `new` and `delete`
540 * functions with many parameters of built-in types
542 There is a huge scope for cleverness and semi-automated program transformation.
544 ### <a name="Rp-typesafe"></a>P.4: Ideally, a program should be statically type safe
546 ##### Reason
548 Ideally, a program would be completely statically (compile-time) type safe.
549 Unfortunately, that is not possible. Problem areas:
551 * unions
552 * casts
553 * array decay
554 * range errors
555 * narrowing conversions
557 ##### Note
559 These areas are sources of serious problems (e.g., crashes and security violations).
560 We try to provide alternative techniques.
562 ##### Enforcement
564 We can ban, restrain, or detect the individual problem categories separately, as required and feasible for individual programs.
565 Always suggest an alternative.
566 For example:
568 * unions -- use `variant` (in C++17)
569 * casts -- minimize their use; templates can help
570 * array decay -- use `span` (from the GSL)
571 * range errors -- use `span`
572 * narrowing conversions -- minimize their use and use `narrow` or `narrow_cast` (from the GSL) where they are necessary
574 ### <a name="Rp-compile-time"></a>P.5: Prefer compile-time checking to run-time checking
576 ##### Reason
578 Code clarity and performance.
579 You don't need to write error handlers for errors caught at compile time.
581 ##### Example
583     // Int is an alias used for integers
584     int bits = 0;         // don't: avoidable code
585     for (Int i = 1; i; i <<= 1)
586         ++bits;
587     if (bits < 32)
588         cerr << "Int too small\n"
590 This example is easily simplified
592     // Int is an alias used for integers
593     static_assert(sizeof(Int) >= 4);    // do: compile-time check
595 ##### Example
597     void read(int* p, int n);   // read max n integers into *p
599     int a[100];
600     read(a, 1000);    // bad
602 better
604     void read(span<int> r); // read into the range of integers r
606     int a[100];
607     read(a);        // better: let the compiler figure out the number of elements
609 **Alternative formulation**: Don't postpone to run time what can be done well at compile time.
611 ##### Enforcement
613 * Look for pointer arguments.
614 * Look for run-time checks for range violations.
616 ### <a name="Rp-run-time"></a>P.6: What cannot be checked at compile time should be checkable at run time
618 ##### Reason
620 Leaving hard-to-detect errors in a program is asking for crashes and bad results.
622 ##### Note
624 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).
626 ##### Example, bad
628     // separately compiled, possibly dynamically loaded
629     extern void f(int* p);
631     void g(int n)
632     {
633         // bad: the number of elements is not passed to f()
634         f(new int[n]);
635     }
637 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.
639 ##### Example, bad
641 We can of course pass the number of elements along with the pointer:
643     // separately compiled, possibly dynamically loaded
644     extern void f2(int* p, int n);
646     void g2(int n)
647     {
648         f2(new int[n], m);  // bad: a wrong number of elements can be passed to f()
649     }
651 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.
653 Also, it is implicit that `f2()` is supposed to `delete` its argument (or did the caller make a second mistake?).
655 ##### Example, bad
657 The standard library resource management pointers fail to pass the size when they point to an object:
659     // separately compiled, possibly dynamically loaded
660     // NB: this assumes the calling code is ABI-compatible, using a
661     // compatible C++ compiler and the same stdlib implementation
662     extern void f3(unique_ptr<int[]>, int n);
664     void g3(int n)
665     {
666         f3(make_unique<int[]>(n), m);    // bad: pass ownership and size separately
667     }
669 ##### Example
671 We need to pass the pointer and the number of elements as an integral object:
673     extern void f4(vector<int>&);   // separately compiled, possibly dynamically loaded
674     extern void f4(span<int>);      // separately compiled, possibly dynamically loaded
675                                     // NB: this assumes the calling code is ABI-compatible, using a
676                                     // compatible C++ compiler and the same stdlib implementation
678     void g3(int n)
679     {
680         vector<int> v(n);
681         f4(v);                     // pass a reference, retain ownership
682         f4(span<int>{v});          // pass a view, retain ownership
683     }
685 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.
687 ##### Example
689 How do we transfer both ownership and all information needed for validating use?
691     vector<int> f5(int n)    // OK: move
692     {
693         vector<int> v(n);
694         // ... initialize v ...
695         return v;
696     }
698     unique_ptr<int[]> f6(int n)    // bad: loses n
699     {
700         auto p = make_unique<int[]>(n);
701         // ... initialize *p ...
702         return p;
703     }
705     owner<int*> f7(int n)    // bad: loses n and we might forget to delete
706     {
707         owner<int*> p = new int[n];
708         // ... initialize *p ...
709         return p;
710     }
712 ##### Example
714 * ???
715 * show how possible checks are avoided by interfaces that pass polymorphic base classes around, when they actually know what they need?
716   Or strings as "free-style" options
718 ##### Enforcement
720 * Flag (pointer, count)-style interfaces (this will flag a lot of examples that can't be fixed for compatibility reasons)
721 * ???
723 ### <a name="Rp-early"></a>P.7: Catch run-time errors early
725 ##### Reason
727 Avoid "mysterious" crashes.
728 Avoid errors leading to (possibly unrecognized) wrong results.
730 ##### Example
732     void increment1(int* p, int n)    // bad: error prone
733     {
734         for (int i = 0; i < n; ++i) ++p[i];
735     }
737     void use1(int m)
738     {
739         const int n = 10;
740         int a[n] = {};
741         // ...
742         increment1(a, m);   // maybe typo, maybe m <= n is supposed
743                             // but assume that m == 20
744         // ...
745     }
747 Here we made a small error in `use1` that will lead to corrupted data or a crash.
748 The (pointer, count)-style interface leaves `increment1()` with no realistic way of defending itself against out-of-range errors.
749 If we could check subscripts for out of range access, then the error would not be discovered until `p[10]` was accessed.
750 We could check earlier and improve the code:
752     void increment2(span<int> p)
753     {
754         for (int& x : p) ++x;
755     }
757     void use2(int m)
758     {
759         const int n = 10;
760         int a[n] = {};
761         // ...
762         increment2({a, m});    // maybe typo, maybe m <= n is supposed
763         // ...
764     }
766 Now, `m<=n` can be checked at the point of call (early) rather than later.
767 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):
769     void use3(int m)
770     {
771         const int n = 10;
772         int a[n] = {};
773         // ...
774         increment2(a);   // the number of elements of a need not be repeated
775         // ...
776     }
778 ##### Example, bad
780 Don't repeatedly check the same value. Don't pass structured data as strings:
782     Date read_date(istream& is);    // read date from istream
784     Date extract_date(const string& s);    // extract date from string
786     void user1(const string& date)    // manipulate date
787     {
788         auto d = extract_date(date);
789         // ...
790     }
792     void user2()
793     {
794         Date d = read_date(cin);
795         // ...
796         user1(d.to_string());
797         // ...
798     }
800 The date is validated twice (by the `Date` constructor) and passed as a character string (unstructured data).
802 ##### Example
804 Excess checking can be costly.
805 There are cases where checking early is dumb because you may not ever need the value, or may only need part of the value that is more easily checked than the whole.  Similarly, don't add validity checks that change the asymptotic behavior of your interface (e.g., don't add a `O(n)` check to an interface with an average complexity of `O(1)`).
807     class Jet {    // Physics says: e * e < x * x + y * y + z * z
808         float x;
809         float y;
810         float z;
811         float e;
812     public:
813         Jet(float x, float y, float z, float e)
814             :x(x), y(y), z(z), e(e)
815         {
816             // Should I check here that the values are physically meaningful?
817         }
819         float m() const
820         {
821             // Should I handle the degenerate case here?
822             return sqrt(x * x + y * y + z * z - e * e);
823         }
825         ???
826     };
828 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.
832 ##### Enforcement
834 * Look at pointers and arrays: Do range-checking early and not repeatedly
835 * Look at conversions: Eliminate or mark narrowing conversions
836 * Look for unchecked values coming from input
837 * Look for structured data (objects of classes with invariants) being converted into strings
838 * ???
840 ### <a name="Rp-leak"></a>P.8: Don't leak any resources
842 ##### Reason
844 Even a slow growth in resources will, over time, exhaust the availability of those resources.
845 This is particularly important for long-running programs, but is an essential piece of responsible programming behavior.
847 ##### Example, bad
849     void f(char* name)
850     {
851         FILE* input = fopen(name, "r");
852         // ...
853         if (something) return;   // bad: if something == true, a file handle is leaked
854         // ...
855         fclose(input);
856     }
858 Prefer [RAII](#Rr-raii):
860     void f(char* name)
861     {
862         ifstream input {name};
863         // ...
864         if (something) return;   // OK: no leak
865         // ...
866     }
868 **See also**: [The resource management section](#S-resource)
870 ##### Note
872 A leak is colloquially "anything that isn't cleaned up."
873 The more important classification is "anything that can no longer be cleaned up."
874 For example, allocating an object on the heap and then losing the last pointer that points to that allocation.
875 This rule should not be taken as requiring that allocations within long-lived objects must be returned during program shutdown.
876 For example, relying on system guaranteed cleanup such as file closing and memory deallocation upon process shutdown can simplify code.
877 However, relying on abstractions that implicitly clean up can be as simple, and often safer.
879 ##### Note
881 Enforcing [the lifetime profile](#In.force) eliminates leaks.
882 When combined with resource safety provided by [RAII](#Rr-raii), it eliminates the need for "garbage collection" (by generating no garbage).
883 Combine this with enforcement of [the type and bounds profiles](#In.force) and you get complete type- and resource-safety, guaranteed by tools.
885 ##### Enforcement
887 * Look at pointers: Classify them into non-owners (the default) and owners.
888   Where feasible, replace owners with standard-library resource handles (as in the example above).
889   Alternatively, mark an owner as such using `owner` from [the GSL](#S-gsl).
890 * Look for naked `new` and `delete`
891 * Look for known resource allocating functions returning raw pointers (such as `fopen`, `malloc`, and `strdup`)
893 ### <a name="Rp-waste"></a>P.9: Don't waste time or space
895 ##### Reason
897 This is C++.
899 ##### Note
901 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.
902 "Another benefit of striving for efficiency is that the process forces you to understand the problem in more depth." - Alex Stepanov
904 ##### Example, bad
906     struct X {
907         char ch;
908         int i;
909         string s;
910         char ch2;
912         X& operator=(const X& a);
913         X(const X&);
914     };
916     X waste(const char* p)
917     {
918         if (p == nullptr) throw Nullptr_error{};
919         int n = strlen(p);
920         auto buf = new char[n];
921         if (buf == nullptr) throw Allocation_error{};
922         for (int i = 0; i < n; ++i) buf[i] = p[i];
923         // ... manipulate buffer ...
924         X x;
925         x.ch = 'a';
926         x.s = string(n);    // give x.s space for *p
927         for (int i = 0; i < x.s.size(); ++i) x.s[i] = buf[i];  // copy buf into x.s
928         delete buf;
929         return x;
930     }
932     void driver()
933     {
934         X x = waste("Typical argument");
935         // ...
936     }
938 Yes, this is a caricature, but we have seen every individual mistake in production code, and worse.
939 Note that the layout of `X` guarantees that at least 6 bytes (and most likely more) are wasted.
940 The spurious definition of copy operations disables move semantics so that the return operation is slow
941 (please note that the Return Value Optimization, RVO, is not guaranteed here).
942 The use of `new` and `delete` for `buf` is redundant; if we really needed a local string, we should use a local `string`.
943 There are several more performance bugs and gratuitous complication.
945 ##### Example, bad
947     void lower(zstring s)
948     {
949         for (int i = 0; i < strlen(s); ++i) s[i] = tolower(s[i]);
950     }
952 Yes, this is an example from production code.
953 We leave it to the reader to figure out what's wasted.
955 ##### Note
957 An individual example of waste is rarely significant, and where it is significant, it is typically easily eliminated by an expert.
958 However, waste spread liberally across a code base can easily be significant and experts are not always as available as we would like.
959 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.
960 After that, we can look at waste related to algorithms and requirements, but that is beyond the scope of these guidelines.
962 ##### Enforcement
964 Many more specific rules aim at the overall goals of simplicity and elimination of gratuitous waste.
966 ### <a name="Rp-mutable"></a>P.10: Prefer immutable data to mutable data
968 ##### Reason
970 It is easier to reason about constants than about variables.
971 Something immutable cannot change unexpectedly.
972 Sometimes immutability enables better optimization.
973 You can't have a data race on a constant.
975 See [Con: Constants and Immutability](#S-const)
977 ### <a name="Rp-library"></a>P.11: Encapsulate messy constructs, rather than spreading through the code
979 ##### Reason
981 Messy code is more likely to hide bugs and harder to write.
982 A good interface is easier and safer to use.
983 Messy, low-level code breeds more such code.
985 ##### Example
987     int sz = 100;
988     int* p = (int*) malloc(sizeof(int) * sz);
989     int count = 0;
990     // ...
991     for (;;) {
992         // ... read an int into x, exit loop if end of file is reached ...
993         // ... check that x is valid ...
994         if (count == sz)
995             p = (int*) realloc(p, sizeof(int) * sz * 2);
996         p[count++] = x;
997         // ...
998     }
1000 This is low-level, verbose, and error-prone.
1001 For example, we "forgot" to test for memory exhaustion.
1002 Instead, we could use `vector`:
1004     vector<int> v;
1005     v.reserve(100);
1006     // ...
1007     for (int x; cin >> x; ) {
1008         // ... check that x is valid ...
1009         v.push_back(x);
1010     }
1012 ##### Note
1014 The standards library and the GSL are examples of this philosophy.
1015 For example, instead of messing with the arrays, unions, cast, tricky lifetime issues, `gsl::owner`, etc.
1016 that are needed to implement key abstractions, such as `vector`, `span`, `lock_guard`, and `future`, we use the libraries
1017 designed and implemented by people with more time and expertise than we usually have.
1018 Similarly, we can and should design and implement more specialized libraries, rather than leaving the users (often ourselves)
1019 with the challenge of repeatedly getting low-level code well.
1020 This is a variant of the [subset of superset principle](#R0) that underlies these guidelines.
1022 ##### Enforcement
1024 * Look for "messy code" such as complex pointer manipulation and casting outside the implementation of abstractions.
1027 ### <a name="Rp-tools"></a>P.12: Use supporting tools as appropriate
1029 ##### Reason
1031 There are many things that are done better "by machine".
1032 Computers don't tire or get bored by repetitive tasks.
1033 We typically have better things to do than repeatedly do routine tasks.
1035 ##### Example
1037 Run a static analyzer to verify that your code follows the guidelines you want it to follow.
1039 ##### Note
1043 * [Static analysis tools](???)
1044 * [Concurrency tools](#Rconc-tools)
1045 * [Testing tools](???)
1047 There are many other kinds of tools, such as source code depositories, build tools, etc.,
1048 but those are beyond the scope of these guidelines.
1050 ###### Note
1052 Be careful not to become dependent on over-elaborate or over-specialized tool chains.
1053 Those can make your otherwise portable code non-portable.
1056 ### <a name="Rp-lib"></a>P.13: Use support libraries as appropriate
1058 ##### Reason
1060 Using a well-designed, well-documented, and well-supported library saves time and effort;
1061 its quality and documentation are likely to be greater than what you could do
1062 if the majority of your time must be spent on an implementation.
1063 The cost (time, effort, money, etc.) of a library can be shared over many users.
1064 A widely used library is more likely to be kept up-to-date and ported to new systems than an individual application.
1065 Knowledge of a widely-used library can save time on other/future projects.
1066 So, if a suitable library exists for your application domain, use it.
1068 ##### Example
1070     std::sort(begin(v), end(v), std::greater<>());
1072 Unless you are an expert in sorting algorithms and have plenty of time,
1073 this is more likely to be correct and to run faster than anything you write for a specific application.
1074 You need a reason not to use the standard library (or whatever foundational libraries your application uses) rather than a reason to use it.
1076 ##### Note
1078 By default use
1080 * The [ISO C++ standard library](#S-stdlib)
1081 * The [Guidelines Support Library](#S-gsl)
1083 ##### Note
1085 If no well-designed, well-documented, and well-supported library exists for an important domain,
1086 maybe you should design and implement it, and then use it.
1089 # <a name="S-interfaces"></a>I: Interfaces
1091 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.
1092 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.
1094 Interface rule summary:
1096 * [I.1: Make interfaces explicit](#Ri-explicit)
1097 * [I.2: Avoid global variables](#Ri-global)
1098 * [I.3: Avoid singletons](#Ri-singleton)
1099 * [I.4: Make interfaces precisely and strongly typed](#Ri-typed)
1100 * [I.5: State preconditions (if any)](#Ri-pre)
1101 * [I.6: Prefer `Expects()` for expressing preconditions](#Ri-expects)
1102 * [I.7: State postconditions](#Ri-post)
1103 * [I.8: Prefer `Ensures()` for expressing postconditions](#Ri-ensures)
1104 * [I.9: If an interface is a template, document its parameters using concepts](#Ri-concepts)
1105 * [I.10: Use exceptions to signal a failure to perform a required task](#Ri-except)
1106 * [I.11: Never transfer ownership by a raw pointer (`T*`)](#Ri-raw)
1107 * [I.12: Declare a pointer that must not be null as `not_null`](#Ri-nullptr)
1108 * [I.13: Do not pass an array as a single pointer](#Ri-array)
1109 * [I.22: Avoid complex initialization of global objects](#Ri-global-init)
1110 * [I.23: Keep the number of function arguments low](#Ri-nargs)
1111 * [I.24: Avoid adjacent unrelated parameters of the same type](#Ri-unrelated)
1112 * [I.25: Prefer abstract classes as interfaces to class hierarchies](#Ri-abstract)
1113 * [I.26: If you want a cross-compiler ABI, use a C-style subset](#Ri-abi)
1115 See also
1117 * [F: Functions](#S-functions)
1118 * [C.concrete: Concrete types](#SS-concrete)
1119 * [C.hier: Class hierarchies](#SS-hier)
1120 * [C.over: Overloading and overloaded operators](#SS-overload)
1121 * [C.con: Containers and other resource handles](#SS-containers)
1122 * [E: Error handling](#S-errors)
1123 * [T: Templates and generic programming](#S-templates)
1125 ### <a name="Ri-explicit"></a>I.1: Make interfaces explicit
1127 ##### Reason
1129 Correctness. Assumptions not stated in an interface are easily overlooked and hard to test.
1131 ##### Example, bad
1133 Controlling the behavior of a function through a global (namespace scope) variable (a call mode) is implicit and potentially confusing. For example:
1135     int rnd(double d)
1136     {
1137         return (rnd_up) ? ceil(d) : d;    // don't: "invisible" dependency
1138     }
1140 It will not be obvious to a caller that the meaning of two calls of `rnd(7.2)` might give different results.
1142 ##### Exception
1144 Sometimes we control the details of a set of operations by an environment variable, e.g., normal vs. verbose output or debug vs. optimized.
1145 The use of a non-local control is potentially confusing, but controls only implementation details of otherwise fixed semantics.
1147 ##### Example, bad
1149 Reporting through non-local variables (e.g., `errno`) is easily ignored. For example:
1151     // don't: no test of printf's return value
1152     fprintf(connection, "logging: %d %d %d\n", x, y, s);
1154 What if the connection goes down so that no logging output is produced? See I.??.
1156 **Alternative**: Throw an exception. An exception cannot be ignored.
1158 **Alternative formulation**: Avoid passing information across an interface through non-local or implicit state.
1159 Note that non-`const` member functions pass information to other member functions through their object's state.
1161 **Alternative formulation**: An interface should be a function or a set of functions.
1162 Functions can be template functions and sets of functions can be classes or class templates.
1164 ##### Enforcement
1166 * (Simple) A function should not make control-flow decisions based on the values of variables declared at namespace scope.
1167 * (Simple) A function should not write to variables declared at namespace scope.
1169 ### <a name="Ri-global"></a>I.2 Avoid global variables
1171 ##### Reason
1173 Non-`const` global variables hide dependencies and make the dependencies subject to unpredictable changes.
1175 ##### Example
1177     struct Data {
1178         // ... lots of stuff ...
1179     } data;            // non-const data
1181     void compute()     // don't
1182     {
1183         // ... use data ...
1184     }
1186     void output()     // don't
1187     {
1188         // ... use data ...
1189     }
1191 Who else might modify `data`?
1193 ##### Note
1195 Global constants are useful.
1197 ##### Note
1199 The rule against global variables applies to namespace scope variables as well.
1201 **Alternative**: If you use global (more generally namespace scope) data to avoid copying, consider passing the data as an object by reference to `const`.
1202 Another solution is to define the data as the state of some object and the operations as member functions.
1204 **Warning**: Beware of data races: If one thread can access nonlocal data (or data passed by reference) while another thread executes the callee, we can have a data race.
1205 Every pointer or reference to mutable data is a potential data race.
1207 ##### Note
1209 You cannot have a race condition on immutable data.
1211 **References**: See the [rules for calling functions](#SS-call).
1213 ##### Enforcement
1215 (Simple) Report all non-`const` variables declared at namespace scope.
1217 ### <a name="Ri-singleton"></a>I.3: Avoid singletons
1219 ##### Reason
1221 Singletons are basically complicated global objects in disguise.
1223 ##### Example
1225     class Singleton {
1226         // ... lots of stuff to ensure that only one Singleton object is created,
1227         // that it is initialized properly, etc.
1228     };
1230 There are many variants of the singleton idea.
1231 That's part of the problem.
1233 ##### Note
1235 If you don't want a global object to change, declare it `const` or `constexpr`.
1237 ##### Exception
1239 You can use the simplest "singleton" (so simple that it is often not considered a singleton) to get initialization on first use, if any:
1241     X& myX()
1242     {
1243         static X my_x {3};
1244         return my_x;
1245     }
1247 This is one of the most effective solutions to problems related to initialization order.
1248 In a multi-threaded environment, the initialization of the static object does not introduce a race condition
1249 (unless you carelessly access a shared object from within its constructor).
1251 Note that the initialization of a local `static` does not imply a race condition.
1252 However, if the destruction of `X` involves an operation that needs to be synchronized we must use a less simple solution.
1253 For example:
1255     X& myX()
1256     {
1257         static auto p = new X {3};
1258         return *p;  // potential leak
1259     }
1261 Now someone must `delete` that object in some suitably thread-safe way.
1262 That's error-prone, so we don't use that technique unless
1264 * `myX` is in multithreaded code,
1265 * that `X` object needs to be destroyed (e.g., because it releases a resource), and
1266 * `X`'s destructor's code needs to be synchronized.
1268 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.
1270 ##### Enforcement
1272 Very hard in general.
1274 * Look for classes with names that include `singleton`.
1275 * Look for classes for which only a single object is created (by counting objects or by examining constructors).
1276 * 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.
1278 ### <a name="Ri-typed"></a>I.4: Make interfaces precisely and strongly typed
1280 ##### Reason
1282 Types are the simplest and best documentation, have well-defined meaning, and are guaranteed to be checked at compile time.
1283 Also, precisely typed code is often optimized better.
1285 ##### Example, don't
1287 Consider:
1289     void pass(void* data);    // void* is suspicious
1291 Now the callee must cast the data pointer (back) to a correct type to use it. That is error-prone and often verbose.
1292 Avoid `void*`, especially in interfaces.
1293 Consider using a `variant` or a pointer to base instead.
1295 **Alternative**: Often, a template parameter can eliminate the `void*` turning it into a `T*` or `T&`.
1296 For generic code these `T`s can be general or concept constrained template parameters.
1298 ##### Example, bad
1300 Consider:
1302     void draw_rect(int, int, int, int);   // great opportunities for mistakes
1304     draw_rect(p.x, p.y, 10, 20);          // what does 10, 20 mean?
1306 An `int` can carry arbitrary forms of information, so we must guess about the meaning of the four `int`s.
1307 Most likely, the first two are an `x`,`y` coordinate pair, but what are the last two?
1308 Comments and parameter names can help, but we could be explicit:
1310     void draw_rectangle(Point top_left, Point bottom_right);
1311     void draw_rectangle(Point top_left, Size height_width);
1313     draw_rectangle(p, Point{10, 20});  // two corners
1314     draw_rectangle(p, Size{10, 20});   // one corner and a (height, width) pair
1316 Obviously, we cannot catch all errors through the static type system
1317 (e.g., the fact that a first argument is supposed to be a top-left point is left to convention (naming and comments)).
1319 ##### Example, bad
1321 In the following example, it is not clear from the interface what `time_to_blink` means: Seconds? Milliseconds?
1323     void blink_led(int time_to_blink) // bad -- the unit is ambiguous
1324     {
1325         // ...
1326         // do something with time_to_blink
1327         // ...
1328     }
1330     void use()
1331     {
1332         blink_led(2);
1333     }
1335 ##### Example, good
1337 `std::chrono::duration` types (C++11) helps making the unit of time duration explicit.
1339     void blink_led(milliseconds time_to_blink) // good -- the unit is explicit
1340     {
1341         // ...
1342         // do something with time_to_blink
1343         // ...
1344     }
1346     void use()
1347     {
1348         blink_led(1500ms);
1349     }
1351 The function can also be written in such a way that it will accept any time duration unit.
1353     template<class rep, class period>
1354     void blink_led(duration<rep, period> time_to_blink) // good -- accepts any unit
1355     {
1356         // assuming that millisecond is the smallest relevant unit
1357         auto milliseconds_to_blink = duration_cast<milliseconds>(time_to_blink);
1358         // ...
1359         // do something with milliseconds_to_blink
1360         // ...
1361     }
1363     void use()
1364     {
1365         blink_led(2s);
1366         blink_led(1500ms);
1367     }
1369 ##### Enforcement
1371 * (Simple) Report the use of `void*` as a parameter or return type.
1372 * (Hard to do well) Look for member functions with many built-in type arguments.
1374 ### <a name="Ri-pre"></a>I.5: State preconditions (if any)
1376 ##### Reason
1378 Arguments have meaning that may constrain their proper use in the callee.
1380 ##### Example
1382 Consider:
1384     double sqrt(double x);
1386 Here `x` must be nonnegative. The type system cannot (easily and naturally) express that, so we must use other means. For example:
1388     double sqrt(double x); // x must be nonnegative
1390 Some preconditions can be expressed as assertions. For example:
1392     double sqrt(double x) { Expects(x >= 0); /* ... */ }
1394 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).
1396 **References**: `Expects()` is described in [GSL](#S-gsl).
1398 ##### Note
1400 Prefer a formal specification of requirements, such as `Expects(p != nullptr);`.
1401 If that is infeasible, use English text in comments, such as `// the sequence [p:q) is ordered using <`.
1403 ##### Note
1405 Most member functions have as a precondition that some class invariant holds.
1406 That invariant is established by a constructor and must be reestablished upon exit by every member function called from outside the class.
1407 We don't need to mention it for each member function.
1409 ##### Enforcement
1411 (Not enforceable)
1413 **See also**: The rules for passing pointers. ???
1415 ### <a name="Ri-expects"></a>I.6: Prefer `Expects()` for expressing preconditions
1417 ##### Reason
1419 To make it clear that the condition is a precondition and to enable tool use.
1421 ##### Example
1423     int area(int height, int width)
1424     {
1425         Expects(height > 0 && width > 0);            // good
1426         if (height <= 0 || width <= 0) my_error();   // obscure
1427         // ...
1428     }
1430 ##### Note
1432 Preconditions can be stated in many ways, including comments, `if`-statements, and `assert()`.
1433 This can make them hard to distinguish from ordinary code, hard to update, hard to manipulate by tools, and may have the wrong semantics (do you always want to abort in debug mode and check nothing in productions runs?).
1435 ##### Note
1437 Preconditions should be part of the interface rather than part of the implementation,
1438 but we don't yet have the language facilities to do that.
1439 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.
1441 ##### Note
1443 `Expects()` can also be used to check a condition in the middle of an algorithm.
1445 ##### Enforcement
1447 (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.
1449 ### <a name="Ri-post"></a>I.7: State postconditions
1451 ##### Reason
1453 To detect misunderstandings about the result and possibly catch erroneous implementations.
1455 ##### Example, bad
1457 Consider:
1459     int area(int height, int width) { return height * width; }  // bad
1461 Here, we (incautiously) left out the precondition specification, so it is not explicit that height and width must be positive.
1462 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.
1463 Overflow can happen.
1464 Consider using:
1466     int area(int height, int width)
1467     {
1468         auto res = height * width;
1469         Ensures(res > 0);
1470         return res;
1471     }
1473 ##### Example, bad
1475 Consider a famous security bug:
1477     void f()    // problematic
1478     {
1479         char buffer[MAX];
1480         // ...
1481         memset(buffer, 0, MAX);
1482     }
1484 There was no postcondition stating that the buffer should be cleared and the optimizer eliminated the apparently redundant `memset()` call:
1486     void f()    // better
1487     {
1488         char buffer[MAX];
1489         // ...
1490         memset(buffer, 0, MAX);
1491         Ensures(buffer[0] == 0);
1492     }
1494 ##### Note
1496 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.
1498 ##### Note
1500 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.
1502 ##### Example
1504 Consider a function that manipulates a `Record`, using a `mutex` to avoid race conditions:
1506     mutex m;
1508     void manipulate(Record& r)    // don't
1509     {
1510         m.lock();
1511         // ... no m.unlock() ...
1512     }
1514 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.
1515 Stating the postcondition would have made it clear:
1517     void manipulate(Record& r)    // postcondition: m is unlocked upon exit
1518     {
1519         m.lock();
1520         // ... no m.unlock() ...
1521     }
1523 The bug is now obvious (but only to a human reading comments).
1525 Better still, use [RAII](#Rr-raii) to ensure that the postcondition ("the lock must be released") is enforced in code:
1527     void manipulate(Record& r)    // best
1528     {
1529         lock_guard<mutex> _ {m};
1530         // ...
1531     }
1533 ##### Note
1535 Ideally, postconditions are stated in the interface/declaration so that users can easily see them.
1536 Only postconditions related to the users can be stated in the interface.
1537 Postconditions related only to internal state belongs in the definition/implementation.
1539 ##### Enforcement
1541 (Not enforceable) This is a philosophical guideline that is infeasible to check
1542 directly in the general case. Domain specific checkers (like lock-holding
1543 checkers) exist for many toolchains.
1545 ### <a name="Ri-ensures"></a>I.8: Prefer `Ensures()` for expressing postconditions
1547 ##### Reason
1549 To make it clear that the condition is a postcondition and to enable tool use.
1551 ##### Example
1553     void f()
1554     {
1555         char buffer[MAX];
1556         // ...
1557         memset(buffer, 0, MAX);
1558         Ensures(buffer[0] == 0);
1559     }
1561 ##### Note
1563 Postconditions can be stated in many ways, including comments, `if`-statements, and `assert()`.
1564 This can make them hard to distinguish from ordinary code, hard to update, hard to manipulate by tools, and may have the wrong semantics.
1566 **Alternative**: Postconditions of the form "this resource must be released" are best expressed by [RAII](#Rr-raii).
1568 ##### Note
1570 Ideally, that `Ensures` should be part of the interface, but that's not easily done.
1571 For now, we place it in the definition (function body).
1572 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.
1574 ##### Enforcement
1576 (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.
1578 ### <a name="Ri-concepts"></a>I.9: If an interface is a template, document its parameters using concepts
1580 ##### Reason
1582 Make the interface precisely specified and compile-time checkable in the (not so distant) future.
1584 ##### Example
1586 Use the ISO Concepts TS style of requirements specification. For example:
1588     template<typename Iter, typename Val>
1589     // requires InputIterator<Iter> && EqualityComparable<ValueType<Iter>>, Val>
1590     Iter find(Iter first, Iter last, Val v)
1591     {
1592         // ...
1593     }
1595 ##### Note
1597 Soon (maybe in 2017), most compilers will be able to check `requires` clauses once the `//` is removed.
1598 For now, the concept TS is supported only in GCC 6.1.
1600 **See also**: [Generic programming](#SS-GP) and [concepts](#SS-t-concepts).
1602 ##### Enforcement
1604 (Not yet enforceable) A language facility is under specification. When the language facility is available, warn if any non-variadic template parameter is not constrained by a concept (in its declaration or mentioned in a `requires` clause).
1606 ### <a name="Ri-except"></a>I.10: Use exceptions to signal a failure to perform a required task
1608 ##### Reason
1610 It should not be possible to ignore an error because that could leave the system or a computation in an undefined (or unexpected) state.
1611 This is a major source of errors.
1613 ##### Example
1615     int printf(const char* ...);    // bad: return negative number if output fails
1617     template <class F, class ...Args>
1618     // good: throw system_error if unable to start the new thread
1619     explicit thread(F&& f, Args&&... args);
1621 ##### Note
1623 What is an error?
1625 An error means that the function cannot achieve its advertised purpose (including establishing postconditions).
1626 Calling code that ignores an error could lead to wrong results or undefined systems state.
1627 For example, not being able to connect to a remote server is not by itself an error:
1628 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.
1629 However, if failing to make a connection is considered an error, then a failure should throw an exception.
1631 ##### Exception
1633 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.
1635 ##### Alternative
1637 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:
1639     int val;
1640     int error_code;
1641     tie(val, error_code) = do_something();
1642     if (error_code == 0) {
1643         // ... handle the error or exit ...
1644     }
1645     // ... use val ...
1647 This style unfortunately leads to uninitialized variables.
1648 A facility [structured bindings](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0144r1.pdf) to deal with that will become available in C++17.
1650     [val, error_code] = do_something();
1651     if (error_code == 0) {
1652         // ... handle the error or exit ...
1653     }
1654     // ... use val ...
1656 ##### Note
1658 We don't consider "performance" a valid reason not to use exceptions.
1660 * Often, explicit error checking and handling consume as much time and space as exception handling.
1661 * Often, cleaner code yields better performance with exceptions (simplifying the tracing of paths through the program and their optimization).
1662 * A good rule for performance critical code is to move checking outside the critical part of the code ([checking](#Rper-checking)).
1663 * In the longer term, more regular code gets better optimized.
1664 * Always carefully [measure](#Rper-measure) before making performance claims.
1666 **See also**: [I.5](#Ri-pre) and [I.7](#Ri-post) for reporting precondition and postcondition violations.
1668 ##### Enforcement
1670 * (Not enforceable) This is a philosophical guideline that is infeasible to check directly.
1671 * Look for `errno`.
1673 ### <a name="Ri-raw"></a>I.11: Never transfer ownership by a raw pointer (`T*`)
1675 ##### Reason
1677 If there is any doubt whether the caller or the callee owns an object, leaks or premature destruction will occur.
1679 ##### Example
1681 Consider:
1683     X* compute(args)    // don't
1684     {
1685         X* res = new X{};
1686         // ...
1687         return res;
1688     }
1690 Who deletes the returned `X`? The problem would be harder to spot if compute returned a reference.
1691 Consider returning the result by value (use move semantics if the result is large):
1693     vector<double> compute(args)  // good
1694     {
1695         vector<double> res(10000);
1696         // ...
1697         return res;
1698     }
1700 **Alternative**: Pass ownership using a "smart pointer", such as `unique_ptr` (for exclusive ownership) and `shared_ptr` (for shared ownership).
1701 However, that is less elegant and less efficient unless reference semantics are needed.
1703 **Alternative**: Sometimes older code can't be modified because of ABI compatibility requirements or lack of resources.
1704 In that case, mark owning pointers using `owner` from the [guideline support library](#S-gsl):
1706     owner<X*> compute(args)    // It is now clear that ownership is transferred
1707     {
1708         owner<X*> res = new X{};
1709         // ...
1710         return res;
1711     }
1713 This tells analysis tools that `res` is an owner.
1714 That is, its value must be `delete`d or transferred to another owner, as is done here by the `return`.
1716 `owner` is used similarly in the implementation of resource handles.
1718 ##### Note
1720 Every object passed as a raw pointer (or iterator) is assumed to be owned by the
1721 caller, so that its lifetime is handled by the caller. Viewed another way:
1722 ownership transferring APIs are relatively rare compared to pointer-passing APIs,
1723 so the default is "no ownership transfer."
1725 **See also**: [Argument passing](#Rf-conventional) and [value return](#Rf-T-return).
1727 ##### Enforcement
1729 * (Simple) Warn on `delete` of a raw pointer that is not an `owner`.
1730 * (Simple) Warn on failure to either `reset` or explicitly `delete` an `owner` pointer on every code path.
1731 * (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.
1733 ### <a name="Ri-nullptr"></a>I.12: Declare a pointer that must not be null as `not_null`
1735 ##### Reason
1737 To help avoid dereferencing `nullptr` errors.
1738 To improve performance by avoiding redundant checks for `nullptr`.
1740 ##### Example
1742     int length(const char* p);            // it is not clear whether length(nullptr) is valid
1744     length(nullptr);                      // OK?
1746     int length(not_null<const char*> p);  // better: we can assume that p cannot be nullptr
1748     int length(const char* p);            // we must assume that p can be nullptr
1750 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.
1752 ##### Note
1754 `not_null` is defined in the [guideline support library](#S-gsl).
1756 ##### Note
1758 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*`.
1760     // we can assume that p cannot be nullptr
1761     // we can assume that p points to a zero-terminated array of characters
1762     int length(not_null<zstring> p);
1764 Note: `length()` is, of course, `std::strlen()` in disguise.
1766 ##### Enforcement
1768 * (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`.
1769 * (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`.
1771 ### <a name="Ri-array"></a>I.13: Do not pass an array as a single pointer
1773 ##### Reason
1775  (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.
1777 ##### Example
1779 Consider:
1781     void copy_n(const T* p, T* q, int n); // copy from [p:p+n) to [q:q+n)
1783 What if there are fewer than `n` elements in the array pointed to by `q`? Then, we overwrite some probably unrelated memory.
1784 What if there are fewer than `n` elements in the array pointed to by `p`? Then, we read some probably unrelated memory.
1785 Either is undefined behavior and a potentially very nasty bug.
1787 ##### Alternative
1789 Consider using explicit spans:
1791     void copy(span<const T> r, span<T> r2); // copy r to r2
1793 ##### Example, bad
1795 Consider:
1797     void draw(Shape* p, int n);  // poor interface; poor code
1798     Circle arr[10];
1799     // ...
1800     draw(arr, 10);
1802 Passing `10` as the `n` argument may be a mistake: the most common convention is to assume \[`0`:`n`) but that is nowhere stated. Worse is that the call of `draw()` compiled at all: there was an implicit conversion from array to pointer (array decay) and then another implicit conversion from `Circle` to `Shape`. There is no way that `draw()` can safely iterate through that array: it has no way of knowing the size of the elements.
1804 **Alternative**: Use a support class that ensures that the number of elements is correct and prevents dangerous implicit conversions. For example:
1806     void draw2(span<Circle>);
1807     Circle arr[10];
1808     // ...
1809     draw2(span<Circle>(arr));  // deduce the number of elements
1810     draw2(arr);    // deduce the element type and array size
1812     void draw3(span<Shape>);
1813     draw3(arr);    // error: cannot convert Circle[10] to span<Shape>
1815 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 ???.
1817 ##### Exception
1819 Use `zstring` and `czstring` to represent a C-style, zero-terminated strings.
1820 But when doing so, use `string_span` from the [GSL](#GSL) to prevent range errors.
1822 ##### Enforcement
1824 * (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.
1825 * (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.
1827 ### <a name="Ri-global-init"></a>I.22: Avoid complex initialization of global objects
1829 ##### Reason
1831 Complex initialization can lead to undefined order of execution.
1833 ##### Example
1835     // file1.c
1837     extern const X x;
1839     const Y y = f(x);   // read x; write y
1841     // file2.c
1843     extern const Y y;
1845     const X x = g(y);   // read y; write x
1847 Since `x` and `y` are in different translation units the order of calls to `f()` and `g()` is undefined;
1848 one will access an uninitialized `const`.
1849 This shows that the order-of-initialization problem for global (namespace scope) objects is not limited to global *variables*.
1851 ##### Note
1853 Order of initialization problems become particularly difficult to handle in concurrent code.
1854 It is usually best to avoid global (namespace scope) objects altogether.
1856 ##### Enforcement
1858 * Flag initializers of globals that call non-`constexpr` functions
1859 * Flag initializers of globals that access `extern` objects
1861 ### <a name="Ri-nargs"></a>I.23: Keep the number of function arguments low
1863 ##### Reason
1865 Having many arguments opens opportunities for confusion. Passing lots of arguments is often costly compared to alternatives.
1867 ##### Discussion
1869 The two most common reasons why functions have too many parameters are:
1871     1. *Missing an abstraction.* There is an abstraction missing, so that a compound value is being passed as individual elements instead of as a single object that enforces an invariant. This not only expands the parameter list, but it leads to errors because the component values are no longer protected by an enforced invariant.
1873     2. *Violating "one function, one responsibility."* The function is trying to do more than one job and should probably be refactored.
1875 ##### Example
1877 The standard-library `merge()` is at the limit of what we can comfortably handle:
1879     template<class InputIterator1, class InputIterator2, class OutputIterator, class Compare>
1880     OutputIterator merge(InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,
1881                          InputIterator2 first2, InputIterator2 last2,
1882                          OutputIterator result, Compare comp);
1884 Note that this is because of problem 1 above -- missing abstraction. Instead of passing a range (abstraction), STL passed iterator pairs (unencapsulated component values).
1886 Here, we have four template arguments and six function arguments.
1887 To simplify the most frequent and simplest uses, the comparison argument can be defaulted to `<`:
1889     template<class InputIterator1, class InputIterator2, class OutputIterator>
1890     OutputIterator merge(InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,
1891                          InputIterator2 first2, InputIterator2 last2,
1892                          OutputIterator result);
1894 This doesn't reduce the total complexity, but it reduces the surface complexity presented to many users.
1895 To really reduce the number of arguments, we need to bundle the arguments into higher-level abstractions:
1897     template<class InputRange1, class InputRange2, class OutputIterator>
1898     OutputIterator merge(InputRange1 r1, InputRange2 r2, OutputIterator result);
1900 Grouping arguments into "bundles" is a general technique to reduce the number of arguments and to increase the opportunities for checking.
1902 Alternatively, we could use concepts (as defined by the ISO TS) to define the notion of three types that must be usable for merging:
1904     Mergeable{In1 In2, Out}
1905     OutputIterator merge(In1 r1, In2 r2, Out result);
1907 ##### Example
1909 The safety Profiles recommend replacing
1911     void f(int* some_ints, int some_ints_length);  // BAD: C style, unsafe
1913 with
1915     void f(gsl::span<int> some_ints);              // GOOD: safe, bounds-checked
1917 Here, using an abstraction has safety and robustness benefits, and naturally also reduces the number of parameters.
1919 ##### Note
1921 How many parameters are too many? Try to use fewer than four (4) parameters.
1922 There are functions that are best expressed with four individual parameters, but not many.
1924 **Alternative**: Use better abstraction: Group arguments into meaningful objects and pass the objects (by value or by reference).
1926 **Alternative**: Use default arguments or overloads to allow the most common forms of calls to be done with fewer arguments.
1928 ##### Enforcement
1930 * Warn when a function declares two iterators (including pointers) of the same type instead of a range or a view.
1931 * (Not enforceable) This is a philosophical guideline that is infeasible to check directly.
1933 ### <a name="Ri-unrelated"></a>I.24: Avoid adjacent unrelated parameters of the same type
1935 ##### Reason
1937 Adjacent arguments of the same type are easily swapped by mistake.
1939 ##### Example, bad
1941 Consider:
1943     void copy_n(T* p, T* q, int n);  // copy from [p:p+n) to [q:q+n)
1945 This is a nasty variant of a K&R C-style interface. It is easy to reverse the "to" and "from" arguments.
1947 Use `const` for the "from" argument:
1949     void copy_n(const T* p, T* q, int n);  // copy from [p:p+n) to [q:q+n)
1951 ##### Exception
1953 If the order of the parameters is not important, there is no problem:
1955     int max(int a, int b);
1957 ##### Alternative
1959 Don't pass arrays as pointers, pass an object representing a range (e.g., a `span`):
1961     void copy_n(span<const T> p, span<T> q);  // copy from p to q
1963 ##### Alternative
1965 Define a `struct` as the parameter type and name the fields for those parameters accordingly:
1967     struct SystemParams {
1968         string config_file;
1969         string output_path;
1970         seconds timeout;
1971     };
1972     void initialize(SystemParams p);
1974 This tends to make invocations of this clear to future readers, as the parameters
1975 are often filled in by name at the call site.
1977 ##### Enforcement
1979 (Simple) Warn if two consecutive parameters share the same type.
1981 ### <a name="Ri-abstract"></a>I.25: Prefer abstract classes as interfaces to class hierarchies
1983 ##### Reason
1985 Abstract classes are more likely to be stable than base classes with state.
1987 ##### Example, bad
1989 You just knew that `Shape` would turn up somewhere :-)
1991     class Shape {  // bad: interface class loaded with data
1992     public:
1993         Point center() const { return c; }
1994         virtual void draw() const;
1995         virtual void rotate(int);
1996         // ...
1997     private:
1998         Point c;
1999         vector<Point> outline;
2000         Color col;
2001     };
2003 This will force every derived class to compute a center -- even if that's non-trivial and the center is never used. Similarly, not every `Shape` has a `Color`, and many `Shape`s are best represented without an outline defined as a sequence of `Point`s. Abstract classes were invented to discourage users from writing such classes:
2005     class Shape {    // better: Shape is a pure interface
2006     public:
2007         virtual Point center() const = 0;   // pure virtual function
2008         virtual void draw() const = 0;
2009         virtual void rotate(int) = 0;
2010         // ...
2011         // ... no data members ...
2012     };
2014 ##### Enforcement
2016 (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.
2018 ### <a name="Ri-abi"></a>I.26: If you want a cross-compiler ABI, use a C-style subset
2020 ##### Reason
2022 Different compilers implement different binary layouts for classes, exception handling, function names, and other implementation details.
2024 ##### Exception
2026 You can carefully craft an interface using a few carefully selected higher-level C++ types. See ???.
2028 ##### Exception
2030 Common ABIs are emerging on some platforms freeing you from the more draconian restrictions.
2032 ##### Note
2034 If you use a single compiler, you can use full C++ in interfaces. That may require recompilation after an upgrade to a new compiler version.
2036 ##### Enforcement
2038 (Not enforceable) It is difficult to reliably identify where an interface forms part of an ABI.
2040 # <a name="S-functions"></a>F: Functions
2042 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.
2044 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.
2045 Functions are the most critical part in most interfaces, so see the interface rules.
2047 Function rule summary:
2049 Function definition rules:
2051 * [F.1: "Package" meaningful operations as carefully named functions](#Rf-package)
2052 * [F.2: A function should perform a single logical operation](#Rf-logical)
2053 * [F.3: Keep functions short and simple](#Rf-single)
2054 * [F.4: If a function may have to be evaluated at compile time, declare it `constexpr`](#Rf-constexpr)
2055 * [F.5: If a function is very small and time-critical, declare it inline](#Rf-inline)
2056 * [F.6: If your function may not throw, declare it `noexcept`](#Rf-noexcept)
2057 * [F.7: For general use, take `T*` or `T&` arguments rather than smart pointers](#Rf-smart)
2058 * [F.8: Prefer pure functions](#Rf-pure)
2059 * [F.9: Unused parameters should be unnamed](#Rf-unused)
2061 Parameter passing expression rules:
2063 * [F.15: Prefer simple and conventional ways of passing information](#Rf-conventional)
2064 * [F.16: For "in" parameters, pass cheaply-copied types by value and others by reference to `const`](#Rf-in)
2065 * [F.17: For "in-out" parameters, pass by reference to non-`const`](#Rf-inout)
2066 * [F.18: For "consume" parameters, pass by `X&&` and `std::move` the parameter](#Rf-consume)
2067 * [F.19: For "forward" parameters, pass by `TP&&` and only `std::forward` the parameter](#Rf-forward)
2068 * [F.20: For "out" output values, prefer return values to output parameters](#Rf-out)
2069 * [F.21: To return multiple "out" values, prefer returning a tuple or struct](#Rf-out-multi)
2070 * [F.60: Prefer `T*` over `T&` when "no argument" is a valid option](#Rf-ptr-ref)
2072 Parameter passing semantic rules:
2074 * [F.22: Use `T*` or `owner<T*>` or a smart pointer to designate a single object](#Rf-ptr)
2075 * [F.23: Use a `not_null<T>` to indicate "null" is not a valid value](#Rf-nullptr)
2076 * [F.24: Use a `span<T>` or a `span_p<T>` to designate a half-open sequence](#Rf-range)
2077 * [F.25: Use a `zstring` or a `not_null<zstring>` to designate a C-style string](#Rf-string)
2078 * [F.26: Use a `unique_ptr<T>` to transfer ownership where a pointer is needed](#Rf-unique_ptr)
2079 * [F.27: Use a `shared_ptr<T>` to share ownership](#Rf-shared_ptr)
2081 Value return semantic rules:
2083 * [F.42: Return a `T*` to indicate a position (only)](#Rf-return-ptr)
2084 * [F.43: Never (directly or indirectly) return a pointer or a reference to a local object](#Rf-dangle)
2085 * [F.44: Return a `T&` when copy is undesirable and "returning no object" isn't an option](#Rf-return-ref)
2086 * [F.45: Don't return a `T&&`](#Rf-return-ref-ref)
2087 * [F.46: `int` is the return type for `main()`](#Rf-main)
2088 * [F.47: Return `T&` from assignment operators.](#Rf-assignment-op)
2090 Other function rules:
2092 * [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)
2093 * [F.51: Where there is a choice, prefer default arguments over overloading](#Rf-default-args)
2094 * [F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms](#Rf-reference-capture)
2095 * [F.53: Avoid capturing by reference in lambdas that will be used nonlocally, including returned, stored on the heap, or passed to another thread](#Rf-value-capture)
2096 * [F.54: If you capture `this`, capture all variables explicitly (no default capture)](#Rf-this-capture)
2098 Functions have strong similarities to lambdas and function objects so see also Section ???.
2100 ## <a name="SS-fct-def"></a>F.def: Function definitions
2102 A function definition is a function declaration that also specifies the function's implementation, the function body.
2104 ### <a name="Rf-package"></a>F.1: "Package" meaningful operations as carefully named functions
2106 ##### Reason
2108 Factoring out common code makes code more readable, more likely to be reused, and limit errors from complex code.
2109 If something is a well-specified action, separate it out from its surrounding code and give it a name.
2111 ##### Example, don't
2113     void read_and_print(istream& is)    // read and print an int
2114     {
2115         int x;
2116         if (is >> x)
2117             cout << "the int is " << x << '\n';
2118         else
2119             cerr << "no int on input\n";
2120     }
2122 Almost everything is wrong with `read_and_print`.
2123 It reads, it writes (to a fixed `ostream`), it writes error messages (to a fixed `ostream`), it handles only `int`s.
2124 There is nothing to reuse, logically separate operations are intermingled and local variables are in scope after the end of their logical use.
2125 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
2126 mess could become hard to understand.
2128 ##### Note
2130 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.
2132 ##### Example
2134     sort(a, b, [](T x, T y) { return x.rank() < y.rank() && x.value() < y.value(); });
2136 Naming that lambda breaks up the expression into its logical parts and provides a strong hint to the meaning of the lambda.
2138     auto lessT = [](T x, T y) { return x.rank() < y.rank() && x.value() < y.value(); };
2140     sort(a, b, lessT);
2141     find_if(a, b, lessT);
2143 The shortest code is not always the best for performance or maintainability.
2145 ##### Exception
2147 Loop bodies, including lambdas used as loop bodies, rarely need to be named.
2148 However, large loop bodies (e.g., dozens of lines or dozens of pages) can be a problem.
2149 The rule [Keep functions short](#Rf-single) implies "Keep loop bodies short."
2150 Similarly, lambdas used as callback arguments are sometimes non-trivial, yet unlikely to be re-usable.
2152 ##### Enforcement
2154 * See [Keep functions short](#Rf-single)
2155 * Flag identical and very similar lambdas used in different places.
2157 ### <a name="Rf-logical"></a>F.2: A function should perform a single logical operation
2159 ##### Reason
2161 A function that performs a single operation is simpler to understand, test, and reuse.
2163 ##### Example
2165 Consider:
2167     void read_and_print()    // bad
2168     {
2169         int x;
2170         cin >> x;
2171         // check for errors
2172         cout << x << "\n";
2173     }
2175 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:
2177     int read(istream& is)    // better
2178     {
2179         int x;
2180         is >> x;
2181         // check for errors
2182         return x;
2183     }
2185     void print(ostream& os, int x)
2186     {
2187         os << x << "\n";
2188     }
2190 These can now be combined where needed:
2192     void read_and_print()
2193     {
2194         auto x = read(cin);
2195         print(cout, x);
2196     }
2198 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:
2200     auto read = [](auto& input, auto& value)    // better
2201     {
2202         input >> value;
2203         // check for errors
2204     };
2206     auto print(auto& output, const auto& value)
2207     {
2208         output << value << "\n";
2209     }
2211 ##### Enforcement
2213 * Consider functions with more than one "out" parameter suspicious. Use return values instead, including `tuple` for multiple return values.
2214 * Consider "large" functions that don't fit on one editor screen suspicious. Consider factoring such a function into smaller well-named suboperations.
2215 * Consider functions with 7 or more parameters suspicious.
2217 ### <a name="Rf-single"></a>F.3: Keep functions short and simple
2219 ##### Reason
2221 Large functions are hard to read, more likely to contain complex code, and more likely to have variables in larger than minimal scopes.
2222 Functions with complex control structures are more likely to be long and more likely to hide logical errors
2224 ##### Example
2226 Consider:
2228     double simpleFunc(double val, int flag1, int flag2)
2229         // simpleFunc: takes a value and calculates the expected ASIC output,
2230         // given the two mode flags.
2231     {
2232         double intermediate;
2233         if (flag1 > 0) {
2234             intermediate = func1(val);
2235             if (flag2 % 2)
2236                  intermediate = sqrt(intermediate);
2237         }
2238         else if (flag1 == -1) {
2239             intermediate = func1(-val);
2240             if (flag2 % 2)
2241                  intermediate = sqrt(-intermediate);
2242             flag1 = -flag1;
2243         }
2244         if (abs(flag2) > 10) {
2245             intermediate = func2(intermediate);
2246         }
2247         switch (flag2 / 10) {
2248             case 1: if (flag1 == -1) return finalize(intermediate, 1.171);
2249                     break;
2250             case 2: return finalize(intermediate, 13.1);
2251             default: break;
2252         }
2253         return finalize(intermediate, 0.);
2254     }
2256 This is too complex (and long).
2257 How would you know if all possible alternatives have been correctly handled?
2258 Yes, it breaks other rules also.
2260 We can refactor:
2262     double func1_muon(double val, int flag)
2263     {
2264         // ???
2265     }
2267     double funct1_tau(double val, int flag1, int flag2)
2268     {
2269         // ???
2270     }
2272     double simpleFunc(double val, int flag1, int flag2)
2273         // simpleFunc: takes a value and calculates the expected ASIC output,
2274         // given the two mode flags.
2275     {
2276         if (flag1 > 0)
2277             return func1_muon(val, flag2);
2278         if (flag1 == -1)
2279             // handled by func1_tau: flag1 = -flag1;
2280             return func1_tau(-val, flag1, flag2);
2281         return 0.;
2282     }
2284 ##### Note
2286 "It doesn't fit on a screen" is often a good practical definition of "far too large."
2287 One-to-five-line functions should be considered normal.
2289 ##### Note
2291 Break large functions up into smaller cohesive and named functions.
2292 Small simple functions are easily inlined where the cost of a function call is significant.
2294 ##### Enforcement
2296 * Flag functions that do not "fit on a screen."
2297   How big is a screen? Try 60 lines by 140 characters; that's roughly the maximum that's comfortable for a book page.
2298 * Flag functions that are too complex. How complex is too complex?
2299   You could use cyclomatic complexity. Try "more than 10 logical path through." Count a simple switch as one path.
2301 ### <a name="Rf-constexpr"></a>F.4: If a function may have to be evaluated at compile time, declare it `constexpr`
2303 ##### Reason
2305  `constexpr` is needed to tell the compiler to allow compile-time evaluation.
2307 ##### Example
2309 The (in)famous factorial:
2311     constexpr int fac(int n)
2312     {
2313         constexpr int max_exp = 17;      // constexpr enables max_exp to be used in Expects
2314         Expects(0 <= n && n < max_exp);  // prevent silliness and overflow
2315         int x = 1;
2316         for (int i = 2; i <= n; ++i) x *= i;
2317         return x;
2318     }
2320 This is C++14.
2321 For C++11, use a recursive formulation of `fac()`.
2323 ##### Note
2325 `constexpr` does not guarantee compile-time evaluation;
2326 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.
2328     constexpr int min(int x, int y) { return x < y ? x : y; }
2330     void test(int v)
2331     {
2332         int m1 = min(-1, 2);            // probably compile-time evaluation
2333         constexpr int m2 = min(-1, 2);  // compile-time evaluation
2334         int m3 = min(-1, v);            // run-time evaluation
2335         constexpr int m4 = min(-1, v);  // error: cannot evaluate at compile-time
2336     }
2338 ##### Note
2340 `constexpr` functions are pure: they can have no side effects.
2342     int dcount = 0;
2343     constexpr int double(int v)
2344     {
2345         ++dcount;   // error: attempted side effect from constexpr function
2346         return v + v;
2347     }
2349 This is usually a very good thing.
2351 When given a non-constant argument, a `constexpr` function can throw.
2352 If you consider exiting by throwing a side-effect, a `constexpr` function isn't completely pure;
2353 if not, this is not an issue.
2354 ??? A question for the committee: can a constructor for an exception thrown by a `constexpr` function modify state?
2355 "No" would be a nice answer that matches most practice.
2357 ##### Note
2359 Don't try to make all functions `constexpr`.
2360 Most computation is best done at run time.
2362 ##### Note
2364 Any API that may eventually depend on high-level runtime configuration or
2365 business logic should not be made `constexpr`. Such customization can not be
2366 evaluated by the compiler, and any `constexpr` functions that depended upon 
2367 that API would have to be refactored or drop `constexpr`.
2369 ##### Enforcement
2371 Impossible and unnecessary.
2372 The compiler gives an error if a non-`constexpr` function is called where a constant is required.
2374 ### <a name="Rf-inline"></a>F.5: If a function is very small and time-critical, declare it `inline`
2376 ##### Reason
2378 Some optimizers are good at inlining without hints from the programmer, but don't rely on it.
2379 Measure! Over the last 40 years or so, we have been promised compilers that can inline better than humans without hints from humans.
2380 We are still waiting.
2381 Specifying `inline` encourages the compiler to do a better job.
2383 ##### Example
2385     inline string cat(const string& s, const string& s2) { return s + s2; }
2387 ##### Exception
2389 Do not put an `inline` function in what is meant to be a stable interface unless you are certain that it will not change.
2390 An inline function is part of the ABI.
2392 ##### Note
2394 `constexpr` implies `inline`.
2396 ##### Note
2398 Member functions defined in-class are `inline` by default.
2400 ##### Exception
2402 Template functions (incl. template member functions) must be in headers and therefore inline.
2404 ##### Enforcement
2406 Flag `inline` functions that are more than three statements and could have been declared out of line (such as class member functions).
2408 ### <a name="Rf-noexcept"></a>F.6: If your function may not throw, declare it `noexcept`
2410 ##### Reason
2412 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.
2414 ##### Example
2416 Put `noexcept` on every function written completely in C or in any other language without exceptions.
2417 The C++ standard library does that implicitly for all functions in the C standard library.
2419 ##### Note
2421 `constexpr` functions can throw when evaluated at run time, so you may need `noexcept` for some of those.
2423 ##### Example
2425 You can use `noexcept` even on functions that can throw:
2427     vector<string> collect(istream& is) noexcept
2428     {
2429         vector<string> res;
2430         for (string s; is >> s;)
2431             res.push_back(s);
2432         return res;
2433     }
2435 If `collect()` runs out of memory, the program crashes.
2436 Unless the program is crafted to survive memory exhaustion, that may be just the right thing to do;
2437 `terminate()` may generate suitable error log information (but after memory runs out it is hard to do anything clever).
2439 ##### Note
2441 You must be aware of the execution environment that your code is running when
2442 deciding whether to tag a function `noexcept`, especially because of the issue
2443 of throwing and allocation.  Code that is intended to be perfectly general (like
2444 the standard library and other utility code of that sort) needs to support
2445 environments where a `bad_alloc` exception may be handled meaningfully.
2446 However, most programs and execution environments cannot meaningfully
2447 handle a failure to allocate, and aborting the program is the cleanest and
2448 simplest response to an allocation failure in those cases.  If you know that
2449 your application code cannot respond to an allocation failure, it may be
2450 appropriate to add `noexcept` even on functions that allocate.
2452 Put another way: In most programs, most functions can throw (e.g., because they
2453 use `new`, call functions that do, or use library functions that reports failure
2454 by throwing), so don't just sprinkle `noexcept` all over the place without
2455 considering whether the possible exceptions can be handled.
2457 `noexcept` is most useful (and most clearly correct) for frequently used,
2458 low-level functions.
2460 ##### Note
2462 Destructors, `swap` functions, move operations, and default constructors should never throw.
2464 ##### Enforcement
2466 * Flag functions that are not `noexcept`, yet cannot throw.
2467 * Flag throwing `swap`, `move`, destructors, and default constructors.
2469 ### <a name="Rf-smart"></a>F.7: For general use, take `T*` or `T&` arguments rather than smart pointers
2471 ##### Reason
2473 Passing a smart pointer transfers or shares ownership and should only be used when ownership semantics are intended (see [R.30](#Rr-smartptrparam)).
2474 Passing by smart pointer restricts the use of a function to callers that use smart pointers.
2475 Passing a shared smart pointer (e.g., `std::shared_ptr`) implies a run-time cost.
2477 ##### Example
2479     // accepts any int*
2480     void f(int*);
2482     // can only accept ints for which you want to transfer ownership
2483     void g(unique_ptr<int>);
2485     // can only accept ints for which you are willing to share ownership
2486     void g(shared_ptr<int>);
2488     // doesn't change ownership, but requires a particular ownership of the caller
2489     void h(const unique_ptr<int>&);
2491     // accepts any int
2492     void h(int&);
2494 ##### Example, bad
2496     // callee
2497     void f(shared_ptr<widget>& w)
2498     {
2499         // ...
2500         use(*w); // only use of w -- the lifetime is not used at all
2501         // ...
2502     };
2504 See further in [R.30](#Rr-smartptrparam).
2506 ##### Note
2508 We can catch dangling pointers statically, so we don't need to rely on resource management to avoid violations from dangling pointers.
2510 **See also**: [when to prefer `T*` and when to prefer `T&`](#Rf-ptr-ref).
2512 **See also**: Discussion of [smart pointer use](#Rr-summary-smartptrs).
2514 ##### Enforcement
2516 Flag a parameter of a smart pointer type (a type that overloads `operator->` or `operator*`) for which the ownership semantics are not used;
2517 that is
2519 * copyable but never copied/moved from or movable but never moved
2520 * and that is never modified or passed along to another function that could do so.
2522 ### <a name="Rf-pure"></a>F.8: Prefer pure functions
2524 ##### Reason
2526 Pure functions are easier to reason about, sometimes easier to optimize (and even parallelize), and sometimes can be memoized.
2528 ##### Example
2530     template<class T>
2531     auto square(T t) { return t * t; }
2533 ##### Note
2535 `constexpr` functions are pure.
2537 When given a non-constant argument, a `constexpr` function can throw.
2538 If you consider exiting by throwing a side-effect, a `constexpr` function isn't completely pure;
2539 if not, this is not an issue.
2540 ??? A question for the committee: can a constructor for an exception thrown by a `constexpr` function modify state?
2541 "No" would be a nice answer that matches most practice.
2543 ##### Enforcement
2545 Not possible.
2547 ### <a name="Rf-unused"></a>F.9: Unused parameters should be unnamed
2549 ##### Reason
2551 Readability.
2552 Suppression of unused parameter warnings.
2554 ##### Example
2556     X* find(map<Blob>& m, const string& s, Hint);   // once upon a time, a hint was used
2558 ##### Note
2560 Allowing parameters to be unnamed was introduced in the early 1980 to address this problem.
2562 ##### Enforcement
2564 Flag named unused parameters.
2566 ## <a name="SS-call"></a>F.call: Parameter passing
2568 There are a variety of ways to pass parameters to a function and to return values.
2570 ### <a name="Rf-conventional"></a>F.15: Prefer simple and conventional ways of passing information
2572 ##### Reason
2574 Using "unusual and clever" techniques causes surprises, slows understanding by other programmers, and encourages bugs.
2575 If you really feel the need for an optimization beyond the common techniques, measure to ensure that it really is an improvement, and document/comment because the improvement may not be portable.
2577 The following tables summarize the advice in the following Guidelines, F.16-21.
2579 Normal parameter passing:
2581 ![Normal parameter passing table](./param-passing-normal.png "Normal parameter passing")
2583 Advanced parameter passing:
2585 ![Advanced parameter passing table](./param-passing-advanced.png "Advanced parameter passing")
2587 Use the advanced techniques only after demonstrating need, and document that need in a comment.
2589 ### <a name="Rf-in"></a>F.16: For "in" parameters, pass cheaply-copied types by value and others by reference to `const`
2591 ##### Reason
2593 Both let the caller know that a function will not modify the argument, and both allow initialization by rvalues.
2595 What is "cheap to copy" depends on the machine architecture, but two or three words (doubles, pointers, references) are usually best passed by value.
2596 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.
2598 ##### Example
2600     void f1(const string& s);  // OK: pass by reference to const; always cheap
2602     void f2(string s);         // bad: potentially expensive
2604     void f3(int x);            // OK: Unbeatable
2606     void f4(const int& x);     // bad: overhead on access in f4()
2608 For advanced uses (only), where you really need to optimize for rvalues passed to "input-only" parameters:
2610 * If the function is going to unconditionally move from the argument, take it by `&&`. See [F.18](#Rf-consume).
2611 * If the function is going to keep a copy of the argument, in addition to passing by `const&` (for lvalues),
2612   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 "consume"; see [F.18](#Rf-consume).
2613 * In special cases, such as multiple "input + copy" parameters, consider using perfect forwarding. See [F.19](#Rf-forward).
2615 ##### Example
2617     int multiply(int, int); // just input ints, pass by value
2619     // suffix is input-only but not as cheap as an int, pass by const&
2620     string& concatenate(string&, const string& suffix);
2622     void sink(unique_ptr<widget>);  // input only, and consumes the widget
2624 Avoid "esoteric techniques" such as:
2626 * Passing arguments as `T&&` "for efficiency".
2627   Most rumors about performance advantages from passing by `&&` are false or brittle (but see [F.25](#Rf-pass-ref-move).)
2628 * Returning `const T&` from assignments and similar operations (see [F.47](#Rf-assignment-op).)
2630 ##### Example
2632 Assuming that `Matrix` has move operations (possibly by keeping its elements in a `std::vector`):
2634     Matrix operator+(const Matrix& a, const Matrix& b)
2635     {
2636         Matrix res;
2637         // ... fill res with the sum ...
2638         return res;
2639     }
2641     Matrix x = m1 + m2;  // move constructor
2643     y = m3 + m3;         // move assignment
2645 ##### Notes
2647 The return value optimization doesn't handle the assignment case, but the move assignment does.
2649 A reference may be assumed to refer to a valid object (language rule).
2650 There is no (legitimate) "null reference."
2651 If you need the notion of an optional value, use a pointer, `std::optional`, or a special value used to denote "no value."
2653 ##### Enforcement
2655 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a parameter being passed by value has a size greater than `4 * sizeof(int)`.
2656   Suggest using a reference to `const` instead.
2657 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a `const` parameter being passed by reference has a size less than `3 * sizeof(int)`. Suggest passing by value instead.
2658 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a `const` parameter being passed by reference is `move`d.
2660 ### <a name="Rf-inout"></a>F.17: For "in-out" parameters, pass by reference to non-`const`
2662 ##### Reason
2664 This makes it clear to callers that the object is assumed to be modified.
2666 ##### Example
2668     void update(Record& r);  // assume that update writes to r
2670 ##### Note
2672 A `T&` argument can pass information into a function as well as well as out of it.
2673 Thus `T&` could be an in-out-parameter. That can in itself be a problem and a source of errors:
2675     void f(string& s)
2676     {
2677         s = "New York";  // non-obvious error
2678     }
2680     void g()
2681     {
2682         string buffer = ".................................";
2683         f(buffer);
2684         // ...
2685     }
2687 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).
2688 A bad logic error can happen if the writer of `g()` incorrectly assumes the size of the `buffer`.
2690 ##### Enforcement
2692 * (Moderate) ((Foundation)) Warn about functions regarding reference to non-`const` parameters that do *not* write to them.
2693 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a non-`const` parameter being passed by reference is `move`d.
2695 ### <a name="Rf-consume"></a>F.18: For "consume" parameters, pass by `X&&` and `std::move` the parameter
2697 ##### Reason
2699 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.
2701 ##### Example
2703     void sink(vector<int>&& v) {   // sink takes ownership of whatever the argument owned
2704         // usually there might be const accesses of v here
2705         store_somewhere(std::move(v));
2706         // usually no more use of v here; it is moved-from
2707     }
2709 Note that the `std::move(v)` makes it possible for `store_somewhere()` to leave `v` in a moved-from state.
2710 [That could be dangerous](#Rc-move-semantic).
2713 ##### Exception
2715 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.
2717 For example:
2719     template <class T>
2720     void sink(std::unique_ptr<T> p) {
2721         // use p ... possibly std::move(p) onward somewhere else
2722     }   // p gets destroyed
2724 ##### Enforcement
2726 * Flag all `X&&` parameters (where `X` is not a template type parameter name) where the function body uses them without `std::move`.
2727 * Flag access to moved-from objects.
2728 * Don't conditionally move from objects
2730 ### <a name="Rf-forward"></a>F.19: For "forward" parameters, pass by `TP&&` and only `std::forward` the parameter
2732 ##### Reason
2734 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.
2736 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.
2738 ##### Example
2740     template <class F, class... Args>
2741     inline auto invoke(F f, Args&&... args) {
2742         return f(forward<Args>(args)...);
2743     }
2745     ??? calls ???
2747 ##### Enforcement
2749 * 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.
2751 ### <a name="Rf-out"></a>F.20: For "out" output values, prefer return values to output parameters
2753 ##### Reason
2755 A return value is self-documenting, whereas a `&` could be either in-out or out-only and is liable to be misused.
2757 This includes large objects like standard containers that use implicit move operations for performance and to avoid explicit memory management.
2759 If you have multiple values to return, [use a tuple](#Rf-out-multi) or similar multi-member type.
2761 ##### Example
2763     // OK: return pointers to elements with the value x
2764     vector<const int*> find_all(const vector<int>&, int x);
2766     // Bad: place pointers to elements with value x in out
2767     void find_all(const vector<int>&, vector<const int*>& out, int x);
2769 ##### Note
2771 A `struct` of many (individually cheap-to-move) elements may be in aggregate expensive to move.
2773 It is not recommended to return a `const` value.
2774 Such older advice is now obsolete; it does not add value, and it interferes with move semantics.
2776     const vector<int> fct();    // bad: that "const" is more trouble than it is worth
2778     vector<int> g(const vector<int>& vx)
2779     {
2780         // ...
2781         f() = vx;   // prevented by the "const"
2782         // ...
2783         return f(); // expensive copy: move semantics suppressed by the "const"
2784     }
2786 The argument for adding `const` to a return value is that it prevents (very rare) accidental access to a temporary.
2787 The argument against is prevents (very frequent) use of move semantics.
2789 ##### Exceptions
2791 * For non-value types, such as types in an inheritance hierarchy, return the object by `unique_ptr` or `shared_ptr`.
2792 * If a type is expensive to move (e.g., `array<BigPOD>`), consider allocating it on the free store and return a handle (e.g., `unique_ptr`), or passing it in a reference to non-`const` target object to fill (to be used as an out-parameter).
2793 * 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).
2795 ##### Example
2797     struct Package {      // exceptional case: expensive-to-move object
2798         char header[16];
2799         char load[2024 - 16];
2800     };
2802     Package fill();       // Bad: large return value
2803     void fill(Package&);  // OK
2805     int val();            // OK
2806     void val(int&);       // Bad: Is val reading its argument
2808 ##### Enforcement
2810 * 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.
2811 * Flag returning a `const` value. To fix: Remove `const` to return a non-`const` value instead.
2813 ### <a name="Rf-out-multi"></a>F.21: To return multiple "out" values, prefer returning a tuple or struct
2815 ##### Reason
2817 A return value is self-documenting as an "output-only" value.
2818 Note that C++ does have multiple return values, by convention of using a `tuple`,
2819 possibly with the extra convenience of `tie` at the call site.
2821 ##### Example
2823     // BAD: output-only parameter documented in a comment
2824     int f(const string& input, /*output only*/ string& output_data)
2825     {
2826         // ...
2827         output_data = something();
2828         return status;
2829     }
2831     // GOOD: self-documenting
2832     tuple<int, string> f(const string& input)
2833     {
2834         // ...
2835         return make_tuple(status, something());
2836     }
2838 C++98's standard library already used this style, because a `pair` is like a two-element `tuple`.
2839 For example, given a `set<string> my_set`, consider:
2841     // C++98
2842     result = my_set.insert("Hello");
2843     if (result.second) do_something_with(result.first);    // workaround
2845 With C++11 we can write this, putting the results directly in existing local variables:
2847     Sometype iter;                                // default initialize if we haven't already
2848     Someothertype success;                        // used these variables for some other purpose
2850     tie(iter, success) = my_set.insert("Hello");   // normal return value
2851     if (success) do_something_with(iter);
2853 With C++17 we should be able to use "structured bindings" to declare and initialize the multiple variables:
2855     if (auto [ iter, success ] = my_set.insert("Hello"); success) do_something_with(iter);
2857 ##### Exception
2859 Sometimes, we need to pass an object to a function to manipulate its state.
2860 In such cases, passing the object by reference [`T&`](#Rf-inout) is usually the right technique.
2861 Explicitly passing an in-out parameter back out again as a return value is often not necessary.
2862 For example:
2864     istream& operator>>(istream& is, string& s);    // much like std::operator>>()
2866     for (string s; cin >> s; ) {
2867         // do something with line
2868     }
2870 Here, both `s` and `cin` are used as in-out parameters.
2871 We pass `cin` by (non-`const`) reference to be able to manipulate its state.
2872 We pass `s` to avoid repeated allocations.
2873 By reusing `s` (passed by reference), we allocate new memory only when we need to expand `s`'s capacity.
2874 This technique is sometimes called the "caller-allocated out" pattern and is particularly useful for types,
2875 such as `string` and `vector`, that needs to do free store allocations.
2877 To compare, if we passed out all values as return values, we would something like this:
2879     pair<istream&, string> get_string(istream& is);  // not recommended
2880     {
2881         string s;
2882         cin >> s;
2883         return {is, s};
2884     }
2886     for (auto p = get_string(cin); p.first; ) {
2887         // do something with p.second
2888     }
2890 We consider that significantly less elegant with significantly less performance.
2892 For a truly strict reading of this rule (F.21), the exception isn't really an exception because it relies on in-out parameters,
2893 rather than the plain out parameters mentioned in the rule.
2894 However, we prefer to be explicit, rather than subtle.
2896 ##### Note
2898 In many cases, it may be useful to return a specific, user-defined "Value or error" type.
2899 For example:
2901     struct
2903 The overly-generic `pair` and `tuple` should be used only when the value returned represents to independent entities rather than an abstraction.
2905 type along the lines of `variant<T, error_code>`, rather than using the generic `tuple`.
2907 ##### Enforcement
2909 * Output parameters should be replaced by return values.
2910   An output parameter is one that the function writes to, invokes a non-`const` member function, or passes on as a non-`const`.
2912 ### <a name="Rf-ptr"></a>F.22: Use `T*` or `owner<T*>` to designate a single object
2914 ##### Reason
2916 Readability: it makes the meaning of a plain pointer clear.
2917 Enables significant tool support.
2919 ##### Note
2921 In traditional C and C++ code, plain `T*` is used for many weakly-related purposes, such as:
2923 * Identify a (single) object (not to be deleted by this function)
2924 * Point to an object allocated on the free store (and delete it later)
2925 * Hold the `nullptr`
2926 * Identify a C-style string (zero-terminated array of characters)
2927 * Identify an array with a length specified separately
2928 * Identify a location in an array
2930 This makes it hard to understand what the code does and is supposed to do.
2931 It complicates checking and tool support.
2933 ##### Example
2935     void use(int* p, int n, char* s, int* q)
2936     {
2937         p[n - 1] = 666; // Bad: we don't know if p points to n elements;
2938                         // assume it does not or use span<int>
2939         cout << s;      // Bad: we don't know if that s points to a zero-terminated array of char;
2940                         // assume it does not or use zstring
2941         delete q;       // Bad: we don't know if *q is allocated on the free store;
2942                         // assume it does not or use owner
2943     }
2945 better
2947     void use2(span<int> p, zstring s, owner<int*> q)
2948     {
2949         p[p.size() - 1] = 666; // OK, a range error can be caught
2950         cout << s; // OK
2951         delete q;  // OK
2952     }
2954 ##### Note
2956 `owner<T*>` represents ownership, `zstring` represents a C-style string.
2958 **Also**: Assume that a `T*` obtained from a smart pointer to `T` (e.g., `unique_ptr<T>`) points to a single element.
2960 **See also**: [Support library](#S-gsl).
2962 ##### Enforcement
2964 * (Simple) ((Bounds)) Warn for any arithmetic operation on an expression of pointer type that results in a value of pointer type.
2966 ### <a name="Rf-nullptr"></a>F.23: Use a `not_null<T>` to indicate that "null" is not a valid value
2968 ##### Reason
2970 Clarity. A function with a `not_null<T>` parameter makes it clear that the caller of the function is responsible for any `nullptr` checks that may be necessary.
2971 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`.
2973 ##### Example
2975 `not_null<T*>` makes it obvious to a reader (human or machine) that a test for `nullptr` is not necessary before dereference.
2976 Additionally, when debugging, `owner<T*>` and `not_null<T>` can be instrumented to check for correctness.
2978 Consider:
2980     int length(Record* p);
2982 When I call `length(p)` should I test for `p == nullptr` first? Should the implementation of `length()` test for `p == nullptr`?
2984     // it is the caller's job to make sure p != nullptr
2985     int length(not_null<Record*> p);
2987     // the implementor of length() must assume that p == nullptr is possible
2988     int length(Record* p);
2990 ##### Note
2992 A `not_null<T*>` is assumed not to be the `nullptr`; a `T*` may be the `nullptr`; both can be represented in memory as a `T*` (so no run-time overhead is implied).
2994 ##### Note
2996 `not_null` is not just for built-in pointers. It works for `unique_ptr`, `shared_ptr`, and other pointer-like types.
2998 ##### Enforcement
3000 * (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.
3001 * (Simple) Error if a raw pointer is sometimes dereferenced after first being tested against `nullptr` (or equivalent) within the function and sometimes is not.
3002 * (Simple) Warn if a `not_null` pointer is tested against `nullptr` within a function.
3004 ### <a name="Rf-range"></a>F.24: Use a `span<T>` or a `span_p<T>` to designate a half-open sequence
3006 ##### Reason
3008 Informal/non-explicit ranges are a source of errors.
3010 ##### Example
3012     X* find(span<X> r, const X& v);    // find v in r
3014     vector<X> vec;
3015     // ...
3016     auto p = find({vec.begin(), vec.end()}, X{});  // find X{} in vec
3018 ##### Note
3020 Ranges are extremely common in C++ code. Typically, they are implicit and their correct use is very hard to ensure.
3021 In particular, given a pair of arguments `(p, n)` designating an array \[`p`:`p+n`),
3022 it is in general impossible to know if there really are `n` elements to access following `*p`.
3023 `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.
3025 ##### Example
3027 A `span` represents a range of elements, but how do we manipulate elements of that range?
3029     void f(span<int> s)
3030     {
3031         // range traversal (guaranteed correct)
3032         for (int x : s) cout << x << '\n';
3034         // C-style traversal (potentially checked)
3035         for (int i = 0; i < s.size(); ++i) cout << s[i] << '\n';
3037         // random access (potentially checked)
3038         s[7] = 9;
3040         // extract pointers (potentially checked)
3041         std::sort(&s[0], &s[s.size() / 2]);
3042     }
3044 ##### Note
3046 A `span<T>` object does not own its elements and is so small that it can be passed by value.
3048 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.
3050 **See also**: [Support library](#S-gsl).
3052 ##### Enforcement
3054 (Complex) Warn where accesses to pointer parameters are bounded by other parameters that are integral types and suggest they could use `span` instead.
3056 ### <a name="Rf-string"></a>F.25: Use a `zstring` or a `not_null<zstring>` to designate a C-style string
3058 ##### Reason
3060 C-style strings are ubiquitous. They are defined by convention: zero-terminated arrays of characters.
3061 We must distinguish C-style strings from a pointer to a single character or an old-fashioned pointer to an array of characters.
3063 ##### Example
3065 Consider:
3067     int length(const char* p);
3069 When I call `length(s)` should I test for `s == nullptr` first? Should the implementation of `length()` test for `p == nullptr`?
3071     // the implementor of length() must assume that p == nullptr is possible
3072     int length(zstring p);
3074     // it is the caller's job to make sure p != nullptr
3075     int length(not_null<zstring> p);
3077 ##### Note
3079 `zstring` do not represent ownership.
3081 **See also**: [Support library](#S-gsl).
3083 ### <a name="Rf-unique_ptr"></a>F.26: Use a `unique_ptr<T>` to transfer ownership where a pointer is needed
3085 ##### Reason
3087 Using `unique_ptr` is the cheapest way to pass a pointer safely.
3089 See also [C.50](#Rc-factory) regarding when to return a `shared_ptr` from a factory.
3091 ##### Example
3093     unique_ptr<Shape> get_shape(istream& is)  // assemble shape from input stream
3094     {
3095         auto kind = read_header(is); // read header and identify the next shape on input
3096         switch (kind) {
3097         case kCircle:
3098             return make_unique<Circle>(is);
3099         case kTriangle:
3100             return make_unique<Triangle>(is);
3101         // ...
3102         }
3103     }
3105 ##### Note
3107 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).
3109 ##### Enforcement
3111 (Simple) Warn if a function returns a locally-allocated raw pointer. Suggest using either `unique_ptr` or `shared_ptr` instead.
3113 ### <a name="Rf-shared_ptr"></a>F.27: Use a `shared_ptr<T>` to share ownership
3115 ##### Reason
3117 Using `std::shared_ptr` is the standard way to represent shared ownership. That is, the last owner deletes the object.
3119 ##### Example
3121     shared_ptr<const Image> im { read_image(somewhere) };
3123     std::thread t0 {shade, args0, top_left, im};
3124     std::thread t1 {shade, args1, top_right, im};
3125     std::thread t2 {shade, args2, bottom_left, im};
3126     std::thread t3 {shade, args3, bottom_right, im};
3128     // detach threads
3129     // last thread to finish deletes the image
3131 ##### Note
3133 Prefer a `unique_ptr` over a `shared_ptr` if there is never more than one owner at a time.
3134 `shared_ptr` is for shared ownership.
3136 Note that pervasive use of `shared_ptr` has a cost (atomic operations on the `shared_ptr`'s reference count have a measurable aggregate cost).
3138 ##### Alternative
3140 Have a single object own the shared object (e.g. a scoped object) and destroy that (preferably implicitly) when all users have completed.
3142 ##### Enforcement
3144 (Not enforceable) This is a too complex pattern to reliably detect.
3146 ### <a name="Rf-ptr-ref"></a>F.60: Prefer `T*` over `T&` when "no argument" is a valid option
3148 ##### Reason
3150 A pointer (`T*`) can be a `nullptr` and a reference (`T&`) cannot, there is no valid "null reference".
3151 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.
3153 ##### Example
3155     string zstring_to_string(zstring p) // zstring is a char*; that is a C-style string
3156     {
3157         if (p == nullptr) return string{};    // p might be nullptr; remember to check
3158         return string{p};
3159     }
3161     void print(const vector<int>& r)
3162     {
3163         // r refers to a vector<int>; no check needed
3164     }
3166 ##### Note
3168 It is possible, but not valid C++ to construct a reference that is essentially a `nullptr` (e.g., `T* p = nullptr; T& r = (T&)*p;`).
3169 That error is very uncommon.
3171 ##### Note
3173 If you prefer the pointer notation (`->` and/or `*` vs. `.`), `not_null<T*>` provides the same guarantee as `T&`.
3175 ##### Enforcement
3177 * Flag ???
3179 ### <a name="Rf-return-ptr"></a>F.42: Return a `T*` to indicate a position (only)
3181 ##### Reason
3183 That's what pointers are good for.
3184 Returning a `T*` to transfer ownership is a misuse.
3186 ##### Example
3188     Node* find(Node* t, const string& s)  // find s in a binary tree of Nodes
3189     {
3190         if (t == nullptr || t->name == s) return t;
3191         if ((auto p = find(t->left, s))) return p;
3192         if ((auto p = find(t->right, s))) return p;
3193         return nullptr;
3194     }
3196 If it isn't the `nullptr`, the pointer returned by `find` indicates a `Node` holding `s`.
3197 Importantly, that does not imply a transfer of ownership of the pointed-to object to the caller.
3199 ##### Note
3201 Positions can also be transferred by iterators, indices, and references.
3202 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](???).
3204 ##### Note
3206 Do not return a pointer to something that is not in the caller's scope; see [F.43](#Rf-dangle).
3208 **See also**: [discussion of dangling pointer prevention](#???).
3210 ##### Enforcement
3212 * Flag `delete`, `std::free()`, etc. applied to a plain `T*`.
3213 Only owners should be deleted.
3214 * Flag `new`, `malloc()`, etc. assigned to a plain `T*`.
3215 Only owners should be responsible for deletion.
3217 ### <a name="Rf-dangle"></a>F.43: Never (directly or indirectly) return a pointer or a reference to a local object
3219 ##### Reason
3221 To avoid the crashes and data corruption that can result from the use of such a dangling pointer.
3223 ##### Example, bad
3225 After the return from a function its local objects no longer exist:
3227     int* f()
3228     {
3229         int fx = 9;
3230         return &fx;  // BAD
3231     }
3233     void g(int* p)   // looks innocent enough
3234     {
3235         int gx;
3236         cout << "*p == " << *p << '\n';
3237         *p = 999;
3238         cout << "gx == " << gx << '\n';
3239     }
3241     void h()
3242     {
3243         int* p = f();
3244         int z = *p;  // read from abandoned stack frame (bad)
3245         g(p);        // pass pointer to abandoned stack frame to function (bad)
3246     }
3248 Here on one popular implementation I got the output:
3250     *p == 999
3251     gx == 999
3253 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`.
3255 * Imagine what would happen if `fx` and `gx` were of different types.
3256 * Imagine what would happen if `fx` or `gx` was a type with an invariant.
3257 * Imagine what would happen if more that dangling pointer was passed around among a larger set of functions.
3258 * Imagine what a cracker could do with that dangling pointer.
3260 Fortunately, most (all?) modern compilers catch and warn against this simple case.
3262 ##### Note
3264 This applies to references as well:
3266     int& f()
3267     {
3268         int x = 7;
3269         // ...
3270         return x;  // Bad: returns reference to object that is about to be destroyed
3271     }
3273 ##### Note
3275 This applies only to non-`static` local variables.
3276 All `static` variables are (as their name indicates) statically allocated, so that pointers to them cannot dangle.
3278 ##### Example, bad
3280 Not all examples of leaking a pointer to a local variable are that obvious:
3282     int* glob;       // global variables are bad in so many ways
3284     template<class T>
3285     void steal(T x)
3286     {
3287         glob = x();  // BAD
3288     }
3290     void f()
3291     {
3292         int i = 99;
3293         steal([&] { return &i; });
3294     }
3296     int main()
3297     {
3298         f();
3299         cout << *glob << '\n';
3300     }
3302 Here I managed to read the location abandoned by the call of `f`.
3303 The pointer stored in `glob` could be used much later and cause trouble in unpredictable ways.
3305 ##### Note
3307 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.
3309 ##### Note
3311 Similar examples can be constructed "leaking" a pointer from an inner scope to an outer one;
3312 such examples are handled equivalently to leaks of pointers out of a function.
3314 A slightly different variant of the problem is placing pointers in a container that outlives the objects pointed to.
3316 **See also**: Another way of getting dangling pointers is [pointer invalidation](#???).
3317 It can be detected/prevented with similar techniques.
3319 ##### Enforcement
3321 * Compilers tend to catch return of reference to locals and could in many cases catch return of pointers to locals.
3322 * Static analysis can catch many common patterns of the use of pointers indicating positions (thus eliminating dangling pointers)
3324 ### <a name="Rf-return-ref"></a>F.44: Return a `T&` when copy is undesirable and "returning no object" isn't needed
3326 ##### Reason
3328 The language guarantees that a `T&` refers to an object, so that testing for `nullptr` isn't necessary.
3330 **See also**: The return of a reference must not imply transfer of ownership:
3331 [discussion of dangling pointer prevention](#???) and [discussion of ownership](#???).
3333 ##### Example
3335     class Car
3336     {
3337         array<wheel, 4> w;
3338         // ...
3339     public:
3340         wheel& get_wheel(size_t i) { Expects(i < 4); return w[i]; }
3341         // ...
3342     };
3344     void use()
3345     {
3346         Car c;
3347         wheel& w0 = c.get_wheel(0); // w0 has the same lifetime as c
3348     }
3350 ##### Enforcement
3352 Flag functions where no `return` expression could yield `nullptr`
3354 ### <a name="Rf-return-ref-ref"></a>F.45: Don't return a `T&&`
3356 ##### Reason
3358 It's asking to return a reference to a destroyed temporary object. A `&&` is a magnet for temporary objects. This is fine when the reference to the temporary is being passed "downward" to a callee, because the temporary is guaranteed to outlive the function call. (See [F.24](#Rf-pass-ref-ref) and [F.25](#Rf-pass-ref-move).) However, it's not fine when passing such a reference "upward" to a larger caller scope. See also ???.
3360 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&&`).
3362 ##### Example, bad
3364 If `F` returns by value, this function returns a reference to a temporary.
3366     template<class F>
3367     auto&& wrapper(F f)
3368     {
3369         log_call(typeid(f)); // or whatever instrumentation
3370         return f();
3371     }
3373 ##### Example, good
3375 Better:
3377     template<class F>
3378     auto wrapper(F f)
3379     {
3380         log_call(typeid(f)); // or whatever instrumentation
3381         return f();
3382     }
3384 ##### Exception
3386 `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 `&&`.
3388 ##### Enforcement
3390 Flag any use of `&&` as a return type, except in `std::move` and `std::forward`.
3392 ### <a name="Rf-main"></a>F.46: `int` is the return type for `main()`
3394 ##### Reason
3396 It's a language rule, but violated through "language extensions" so often that it is worth mentioning.
3397 Declaring `main` (the one global `main` of a program) `void` limits portability.
3399 ##### Example
3401         void main() { /* ... */ };  // bad, not C++
3403         int main()
3404         {
3405             std::cout << "This is the way to do it\n";
3406         }
3408 ##### Note
3410 We mention this only because of the persistence of this error in the community.
3412 ##### Enforcement
3414 * The compiler should do it
3415 * If the compiler doesn't do it, let tools flag it
3417 ### <a name="Rf-assignment-op"></a>F.47: Return `T&` from assignment operators
3419 ##### Reason
3421 The convention for operator overloads (especially on value types) is for
3422 `operator=(const T&)` to perform the assignment and then return (non-const)
3423 `*this`.  This ensures consistency with standard library types and follows the
3424 principle of "do as the ints do."
3426 ##### Note
3428 Historically there was some guidance to make the assignment operator return `const T&`.
3429 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.
3431 ##### Example
3433     class Foo
3434     {
3435      public:
3436         ...
3437         Foo& operator=(const Foo& rhs) {
3438           // Copy members.
3439           ...
3440           return *this;
3441         }
3442     };
3444 ##### Enforcement
3446 This should be enforced by tooling by checking the return type (and return
3447 value) of any assignment operator.
3449 ### <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)
3451 ##### Reason
3453 Functions can't capture local variables or be declared at local scope; if you need those things, prefer a lambda where possible, and a handwritten function object where not. On the other hand, lambdas and function objects don't overload; if you need to overload, prefer a function (the workarounds to make lambdas overload are ornate). If either will work, prefer writing a function; use the simplest tool necessary.
3455 ##### Example
3457     // writing a function that should only take an int or a string
3458     // -- overloading is natural
3459     void f(int);
3460     void f(const string&);
3462     // writing a function object that needs to capture local state and appear
3463     // at statement or expression scope -- a lambda is natural
3464     vector<work> v = lots_of_work();
3465     for (int tasknum = 0; tasknum < max; ++tasknum) {
3466         pool.run([=, &v]{
3467             /*
3468             ...
3469             ... process 1 / max - th of v, the tasknum - th chunk
3470             ...
3471             */
3472         });
3473     }
3474     pool.join();
3476 ##### Exception
3478 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.
3480 ##### Enforcement
3482 * 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.
3484 ### <a name="Rf-default-args"></a>F.51: Where there is a choice, prefer default arguments over overloading
3486 ##### Reason
3488 Default arguments simply provides alternative interfaces to a single implementation.
3489 There is no guarantee that a set of overloaded functions all implement the same semantics.
3490 The use of default arguments can avoid code replication.
3492 ##### Note
3494 There is a choice between using default argument and overloading when the alternatives are from a set of arguments of the same types.
3495 For example:
3497     void print(const string& s, format f = {});
3499 as opposed to
3501     void print(const string& s);  // use default format
3502     void print(const string& s, format f);
3504 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:
3506     void print(const char&);
3507     void print(int);
3508     void print(zstring);
3510 ##### See also
3513 [Default arguments for virtual functions](#Rh-virtual-default-arg)
3515 ##### Enforcement
3517     ???
3519 ### <a name="Rf-reference-capture"></a>F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms
3521 ##### Reason
3523 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.
3525 ##### Example
3527 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.
3529     void send_packets(buffers& bufs)
3530     {
3531         stage encryptor([] (buffer& b){ encrypt(b); });
3532         stage compressor([&](buffer& b){ compress(b); encryptor.process(b); });
3533         stage decorator([&](buffer& b){ decorate(b); compressor.process(b); });
3534         for (auto& b : bufs) { decorator.process(b); }
3535     }  // automatically blocks waiting for pipeline to finish
3537 ##### Enforcement
3541 ### <a name="Rf-value-capture"></a>F.53: Avoid capturing by reference in lambdas that will be used nonlocally, including returned, stored on the heap, or passed to another thread
3543 ##### Reason
3545 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.
3547 ##### Example, bad
3549     int local = 42;
3551     // Want a reference to local.
3552     // Note, that after program exits this scope,
3553     // local no longer exists, therefore
3554     // process() call will have undefined behavior!
3555     thread_pool.queue_work([&]{ process(local); });
3557 ##### Example, good
3559     int local = 42;
3560     // Want a copy of local.
3561     // Since a copy of local is made, it will
3562     // always be available for the call.
3563     thread_pool.queue_work([=]{ process(local); });
3565 ##### Enforcement
3567 * (Simple) Warn when capture-list contains a reference to a locally declared variable
3568 * (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
3570 ### <a name="Rf-this-capture"></a>F.54: If you capture `this`, capture all variables explicitly (no default capture)
3572 ##### Reason
3574 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.
3576 ##### Example
3578     class My_class {
3579         int x = 0;
3580         // ...
3582         void f() {
3583             int i = 0;
3584             // ...
3586             auto lambda = [=]{ use(i, x); };   // BAD: "looks like" copy/value capture
3587             // [&] has identical semantics and copies the this pointer under the current rules
3588             // [=,this] and [&,this] are not much better, and confusing
3590             x = 42;
3591             lambda(); // calls use(42);
3592             x = 43;
3593             lambda(); // calls use(43);
3595             // ...
3597             auto lambda2 = [i, this]{ use(i, x); }; // ok, most explicit and least confusing
3599             // ...
3600         }
3601     };
3603 ##### Note
3605 This is under active discussion in standardization, and may be addressed in a future version of the standard by adding a new capture mode or possibly adjusting the meaning of `[=]`. For now, just be explicit.
3607 ##### Enforcement
3609 * Flag any lambda capture-list that specifies a default capture and also captures `this` (whether explicitly or via default capture)
3611 # <a name="S-class"></a>C: Classes and Class Hierarchies
3613 A class is a user-defined type, for which a programmer can define the representation, operations, and interfaces.
3614 Class hierarchies are used to organize related classes into hierarchical structures.
3616 Class rule summary:
3618 * [C.1: Organize related data into structures (`struct`s or `class`es)](#Rc-org)
3619 * [C.2: Use `class` if the class has an invariant; use `struct` if the data members can vary independently](#Rc-struct)
3620 * [C.3: Represent the distinction between an interface and an implementation using a class](#Rc-interface)
3621 * [C.4: Make a function a member only if it needs direct access to the representation of a class](#Rc-member)
3622 * [C.5: Place helper functions in the same namespace as the class they support](#Rc-helper)
3623 * [C.7: Don't define a class or enum and declare a variable of its type in the same statement](#Rc-standalone)
3624 * [C.8: Use `class` rather than `struct` if any member is non-public](#Rc-class)
3625 * [C.9: Minimize exposure of members](#Rc-private)
3627 Subsections:
3629 * [C.concrete: Concrete types](#SS-concrete)
3630 * [C.ctor: Constructors, assignments, and destructors](#S-ctor)
3631 * [C.con: Containers and other resource handles](#SS-containers)
3632 * [C.lambdas: Function objects and lambdas](#SS-lambdas)
3633 * [C.hier: Class hierarchies (OOP)](#SS-hier)
3634 * [C.over: Overloading and overloaded operators](#SS-overload)
3635 * [C.union: Unions](#SS-union)
3637 ### <a name="Rc-org"></a>C.1: Organize related data into structures (`struct`s or `class`es)
3639 ##### Reason
3641 Ease of comprehension. If data is related (for fundamental reasons), that fact should be reflected in code.
3643 ##### Example
3645     void draw(int x, int y, int x2, int y2);  // BAD: unnecessary implicit relationships
3646     void draw(Point from, Point to);          // better
3648 ##### Note
3650 A simple class without virtual functions implies no space or time overhead.
3652 ##### Note
3654 From a language perspective `class` and `struct` differ only in the default visibility of their members.
3656 ##### Enforcement
3658 Probably impossible. Maybe a heuristic looking for data items used together is possible.
3660 ### <a name="Rc-struct"></a>C.2: Use `class` if the class has an invariant; use `struct` if the data members can vary independently
3662 ##### Reason
3664 Readability.
3665 Ease of comprehension.
3666 The use of `class` alerts the programmer to the need for an invariant.
3667 This is a useful convention.
3669 ##### Note
3671 An invariant is a logical condition for the members of an object that a constructor must establish for the public member functions to assume.
3672 After the invariant is established (typically by a constructor) every member function can be called for the object.
3673 An invariant can be stated informally (e.g., in a comment) or more formally using `Expects`.
3675 If all data members can vary independently of each other, no invariant is possible.
3677 ##### Example
3679     struct Pair {  // the members can vary independently
3680         string name;
3681         int volume;
3682     };
3684 but:
3686     class Date {
3687     public:
3688         // validate that {yy, mm, dd} is a valid date and initialize
3689         Date(int yy, Month mm, char dd);
3690         // ...
3691     private:
3692         int y;
3693         Month m;
3694         char d;    // day
3695     };
3697 ##### Note
3699 If a class has any `private` data, a user cannot completely initialize an object without the use of a constructor.
3700 Hence, the class definer will provide a constructor and must specify its meaning.
3701 This effectively means the definer need to define an invariant.
3703 * See also [define a class with private data as `class`](#Rc-class).
3704 * See also [Prefer to place the interface first in a class](#Rl-order).
3705 * See also [minimize exposure of members](#Rc-private).
3706 * See also [Avoid `protected` data](#Rh-protected).
3708 ##### Enforcement
3710 Look for `struct`s with all data private and `class`es with public members.
3712 ### <a name="Rc-interface"></a>C.3: Represent the distinction between an interface and an implementation using a class
3714 ##### Reason
3716 An explicit distinction between interface and implementation improves readability and simplifies maintenance.
3718 ##### Example
3720     class Date {
3721         // ... some representation ...
3722     public:
3723         Date();
3724         // validate that {yy, mm, dd} is a valid date and initialize
3725         Date(int yy, Month mm, char dd);
3727         int day() const;
3728         Month month() const;
3729         // ...
3730     };
3732 For example, we can now change the representation of a `Date` without affecting its users (recompilation is likely, though).
3734 ##### Note
3736 Using a class in this way to represent the distinction between interface and implementation is of course not the only way.
3737 For example, we can use a set of declarations of freestanding functions in a namespace, an abstract base class, or a template function with concepts to represent an interface.
3738 The most important issue is to explicitly distinguish between an interface and its implementation "details."
3739 Ideally, and typically, an interface is far more stable than its implementation(s).
3741 ##### Enforcement
3745 ### <a name="Rc-member"></a>C.4: Make a function a member only if it needs direct access to the representation of a class
3747 ##### Reason
3749 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.
3751 ##### Example
3753     class Date {
3754         // ... relatively small interface ...
3755     };
3757     // helper functions:
3758     Date next_weekday(Date);
3759     bool operator==(Date, Date);
3761 The "helper functions" have no need for direct access to the representation of a `Date`.
3763 ##### Note
3765 This rule becomes even better if C++ gets ["uniform function call"](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0251r0.pdf).
3767 ##### Exception
3769 The language requires `virtual` functions to be members, and not all `virtual` functions directly access data.
3770 In particular, members of an abstract class rarely do.
3772 Note [multi-methods](https://parasol.tamu.edu/~yuriys/papers/OMM10.pdf).
3774 ##### Exception
3776 The language requires operators `=`, `()`, `[]`, and `->` to be members.
3778 ###### Exception
3780 An overload set may have some members that do not directly access `private` data:
3782     class Foobar {
3783         void foo(int x)    { /* manipulate private data */ }
3784         void foo(double x) { foo(std::round(x)); }
3785         // ...
3786     private:
3787         // ...
3788     };
3790 Similarly, a set of functions may be designed to be used in a chain:
3792     x.scale(0.5).rotate(45).set_color(Color::red);
3794 Typically, some but not all of such functions directly access `private` data.
3796 ##### Enforcement
3798 * Look for non-`virtual` member functions that do not touch data members directly.
3799 The snag is that many member functions that do not need to touch data members directly do.
3800 * Ignore `virtual` functions.
3801 * Ignore functions that are part of an overload set out of which at least one function accesses `private` members.
3802 * Ignore functions returning `this`.
3804 ### <a name="Rc-helper"></a>C.5: Place helper functions in the same namespace as the class they support
3806 ##### Reason
3808 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.
3809 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.
3811 ##### Example
3813     namespace Chrono { // here we keep time-related services
3815         class Time { /* ... */ };
3816         class Date { /* ... */ };
3818         // helper functions:
3819         bool operator==(Date, Date);
3820         Date next_weekday(Date);
3821         // ...
3822     }
3824 ##### Note
3826 This is especially important for [overloaded operators](#Ro-namespace).
3828 ##### Enforcement
3830 * Flag global functions taking argument types from a single namespace.
3832 ### <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
3834 ##### Reason
3836 Mixing a type definition and the definition of another entity in the same declaration is confusing and unnecessary.
3838 ##### Example; bad
3840     struct Data { /*...*/ } data{ /*...*/ };
3842 ##### Example; good
3844     struct Data { /*...*/ };
3845     Data data{ /*...*/ };
3847 ##### Enforcement
3849 * Flag if the `}` of a class or enumeration definition is not followed by a `;`. The `;` is missing.
3851 ### <a name="Rc-class"></a>C.8: Use `class` rather than `struct` if any member is non-public
3853 ##### Reason
3855 Readability.
3856 To make it clear that something is being hidden/abstracted.
3857 This is a useful convention.
3859 ##### Example, bad
3861     struct Date {
3862         int d, m;
3864         Date(int i, Month m);
3865         // ... lots of functions ...
3866     private:
3867         int y;  // year
3868     };
3870 There is nothing wrong with this code as far as the C++ language rules are concerned,
3871 but nearly everything is wrong from a design perspective.
3872 The private data is hidden far from the public data.
3873 The data is split in different parts of the class declaration.
3874 Different parts of the data have different access.
3875 All of this decreases readability and complicates maintenance.
3877 ##### Note
3879 Prefer to place the interface first in a class [see](#Rl-order).
3881 ##### Enforcement
3883 Flag classes declared with `struct` if there is a `private` or `public` member.
3885 ### <a name="Rc-private"></a>C.9: Minimize exposure of members
3887 ##### Reason
3889 Encapsulation.
3890 Information hiding.
3891 Minimize the chance of untended access.
3892 This simplifies maintenance.
3894 ##### Example
3896     ???
3898 ##### Note
3900 Prefer the order `public` members before `protected` members before `private` members [see](#Rl-order).
3902 ##### Enforcement
3904 Flag protected data.
3906 ## <a name="SS-concrete"></a>C.concrete: Concrete types
3908 One ideal for a class is to be a regular type.
3909 That means roughly "behaves like an `int`." A concrete type is the simplest kind of class.
3910 A value of regular type can be copied and the result of a copy is an independent object with the same value as the original.
3911 If a concrete type has both `=` and `==`, `a = b` should result in `a == b` being `true`.
3912 Concrete classes without assignment and equality can be defined, but they are (and should be) rare.
3913 The C++ built-in types are regular, and so are standard-library classes, such as `string`, `vector`, and `map`.
3914 Concrete types are also often referred to as value types to distinguish them from types used as part of a hierarchy.
3916 Concrete type rule summary:
3918 * [C.10: Prefer concrete types over class hierarchies](#Rc-concrete)
3919 * [C.11: Make concrete types regular](#Rc-regular)
3921 ### <a name="Rc-concrete"></a>C.10 Prefer concrete types over class hierarchies
3923 ##### Reason
3925 A concrete type is fundamentally simpler than a hierarchy:
3926 easier to design, easier to implement, easier to use, easier to reason about, smaller, and faster.
3927 You need a reason (use cases) for using a hierarchy.
3929 ##### Example
3931     class Point1 {
3932         int x, y;
3933         // ... operations ...
3934         // ... no virtual functions ...
3935     };
3937     class Point2 {
3938         int x, y;
3939         // ... operations, some virtual ...
3940         virtual ~Point2();
3941     };
3943     void use()
3944     {
3945         Point1 p11 {1, 2};   // make an object on the stack
3946         Point1 p12 {p11};    // a copy
3948         auto p21 = make_unique<Point2>(1, 2);   // make an object on the free store
3949         auto p22 = p21.clone();                 // make a copy
3950         // ...
3951     }
3953 If a class can be part of a hierarchy, we (in real code if not necessarily in small examples) must manipulate its objects through pointers or references.
3954 That implies more memory overhead, more allocations and deallocations, and more run-time overhead to perform the resulting indirections.
3956 ##### Note
3958 Concrete types can be stack allocated and be members of other classes.
3960 ##### Note
3962 The use of indirection is fundamental for run-time polymorphic interfaces.
3963 The allocation/deallocation overhead is not (that's just the most common case).
3964 We can use a base class as the interface of a scoped object of a derived class.
3965 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.
3967 ##### Enforcement
3971 ### <a name="Rc-regular"></a>C.11: Make concrete types regular
3973 ##### Reason
3975 Regular types are easier to understand and reason about than types that are not regular (irregularities requires extra effort to understand and use).
3977 ##### Example
3979     struct Bundle {
3980         string name;
3981         vector<Record> vr;
3982     };
3984     bool operator==(const Bundle& a, const Bundle& b)
3985     {
3986         return a.name == b.name && a.vr == b.vr;
3987     }
3989     Bundle b1 { "my bundle", {r1, r2, r3}};
3990     Bundle b2 = b1;
3991     if (!(b1 == b2)) error("impossible!");
3992     b2.name = "the other bundle";
3993     if (b1 == b2) error("No!");
3995 In particular, if a concrete type has an assignment also give it an equals operator so that `a = b` implies `a == b`.
3997 ##### Enforcement
4001 ## <a name="S-ctor"></a>C.ctor: Constructors, assignments, and destructors
4003 These functions control the lifecycle of objects: creation, copy, move, and destruction.
4004 Define constructors to guarantee and simplify initialization of classes.
4006 These are *default operations*:
4008 * a default constructor: `X()`
4009 * a copy constructor: `X(const X&)`
4010 * a copy assignment: `operator=(const X&)`
4011 * a move constructor: `X(X&&)`
4012 * a move assignment: `operator=(X&&)`
4013 * a destructor: `~X()`
4015 By default, the compiler defines each of these operations if it is used, but the default can be suppressed.
4017 The default operations are a set of related operations that together implement the lifecycle semantics of an object.
4018 By default, C++ treats classes as value-like types, but not all types are value-like.
4020 Set of default operations rules:
4022 * [C.20: If you can avoid defining any default operations, do](#Rc-zero)
4023 * [C.21: If you define or `=delete` any default operation, define or `=delete` them all](#Rc-five)
4024 * [C.22: Make default operations consistent](#Rc-matched)
4026 Destructor rules:
4028 * [C.30: Define a destructor if a class needs an explicit action at object destruction](#Rc-dtor)
4029 * [C.31: All resources acquired by a class must be released by the class's destructor](#Rc-dtor-release)
4030 * [C.32: If a class has a raw pointer (`T*`) or reference (`T&`), consider whether it might be owning](#Rc-dtor-ptr)
4031 * [C.33: If a class has an owning pointer member, define or `=delete` a destructor](#Rc-dtor-ptr2)
4032 * [C.34: If a class has an owning reference member, define or `=delete` a destructor](#Rc-dtor-ref)
4033 * [C.35: A base class with a virtual function needs a virtual destructor](#Rc-dtor-virtual)
4034 * [C.36: A destructor may not fail](#Rc-dtor-fail)
4035 * [C.37: Make destructors `noexcept`](#Rc-dtor-noexcept)
4037 Constructor rules:
4039 * [C.40: Define a constructor if a class has an invariant](#Rc-ctor)
4040 * [C.41: A constructor should create a fully initialized object](#Rc-complete)
4041 * [C.42: If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception](#Rc-throw)
4042 * [C.43: Ensure that a class has a default constructor](#Rc-default0)
4043 * [C.44: Prefer default constructors to be simple and non-throwing](#Rc-default00)
4044 * [C.45: Don't define a default constructor that only initializes data members; use member initializers instead](#Rc-default)
4045 * [C.46: By default, declare single-argument constructors `explicit`](#Rc-explicit)
4046 * [C.47: Define and initialize member variables in the order of member declaration](#Rc-order)
4047 * [C.48: Prefer in-class initializers to member initializers in constructors for constant initializers](#Rc-in-class-initializer)
4048 * [C.49: Prefer initialization to assignment in constructors](#Rc-initialize)
4049 * [C.50: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization](#Rc-factory)
4050 * [C.51: Use delegating constructors to represent common actions for all constructors of a class](#Rc-delegating)
4051 * [C.52: Use inheriting constructors to import constructors into a derived class that does not need further explicit initialization](#Rc-inheriting)
4053 Copy and move rules:
4055 * [C.60: Make copy assignment non-`virtual`, take the parameter by `const&`, and return by non-`const&`](#Rc-copy-assignment)
4056 * [C.61: A copy operation should copy](#Rc-copy-semantic)
4057 * [C.62: Make copy assignment safe for self-assignment](#Rc-copy-self)
4058 * [C.63: Make move assignment non-`virtual`, take the parameter by `&&`, and return by non-`const&`](#Rc-move-assignment)
4059 * [C.64: A move operation should move and leave its source in a valid state](#Rc-move-semantic)
4060 * [C.65: Make move assignment safe for self-assignment](#Rc-move-self)
4061 * [C.66: Make move operations `noexcept`](#Rc-move-noexcept)
4062 * [C.67: A base class should suppress copying, and provide a virtual `clone` instead if "copying" is desired](#Rc-copy-virtual)
4064 Other default operations rules:
4066 * [C.80: Use `=default` if you have to be explicit about using the default semantics](#Rc-eqdefault)
4067 * [C.81: Use `=delete` when you want to disable default behavior (without wanting an alternative)](#Rc-delete)
4068 * [C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors](#Rc-ctor-virtual)
4069 * [C.83: For value-like types, consider providing a `noexcept` swap function](#Rc-swap)
4070 * [C.84: A `swap` may not fail](#Rc-swap-fail)
4071 * [C.85: Make `swap` `noexcept`](#Rc-swap-noexcept)
4072 * [C.86: Make `==` symmetric with respect of operand types and `noexcept`](#Rc-eq)
4073 * [C.87: Beware of `==` on base classes](#Rc-eq-base)
4074 * [C.89: Make a `hash` `noexcept`](#Rc-hash)
4076 ## <a name="SS-defop"></a>C.defop: Default Operations
4078 By default, the language supplies the default operations with their default semantics.
4079 However, a programmer can disable or replace these defaults.
4081 ### <a name="Rc-zero"></a>C.20: If you can avoid defining default operations, do
4083 ##### Reason
4085 It's the simplest and gives the cleanest semantics.
4087 ##### Example
4089     struct Named_map {
4090     public:
4091         // ... no default operations declared ...
4092     private:
4093         string name;
4094         map<int, int> rep;
4095     };
4097     Named_map nm;        // default construct
4098     Named_map nm2 {nm};  // copy construct
4100 Since `std::map` and `string` have all the special functions, no further work is needed.
4102 ##### Note
4104 This is known as "the rule of zero".
4106 ##### Enforcement
4108 (Not enforceable) While not enforceable, a good static analyzer can detect patterns that indicate a possible improvement to meet this rule.
4109 For example, a class with a (pointer, size) pair of member and a destructor that `delete`s the pointer could probably be converted to a `vector`.
4111 ### <a name="Rc-five"></a>C.21: If you define or `=delete` any default operation, define or `=delete` them all
4113 ##### Reason
4115 The semantics of the special functions are closely related, so if one needs to be non-default, the odds are that others need modification too.
4117 ##### Example, bad
4119     struct M2 {   // bad: incomplete set of default operations
4120     public:
4121         // ...
4122         // ... no copy or move operations ...
4123         ~M2() { delete[] rep; }
4124     private:
4125         pair<int, int>* rep;  // zero-terminated set of pairs
4126     };
4128     void use()
4129     {
4130         M2 x;
4131         M2 y;
4132         // ...
4133         x = y;   // the default assignment
4134         // ...
4135     }
4137 Given that "special attention" was needed for the destructor (here, to deallocate), the likelihood that copy and move assignment (both will implicitly destroy an object) are correct is low (here, we would get double deletion).
4139 ##### Note
4141 This is known as "the rule of five" or "the rule of six", depending on whether you count the default constructor.
4143 ##### Note
4145 If you want a default implementation of a default operation (while defining another), write `=default` to show you're doing so intentionally for that function.
4146 If you don't want a default operation, suppress it with `=delete`.
4148 ##### Note
4150 Compilers enforce much of this rule and ideally warn about any violation.
4152 ##### Note
4154 Relying on an implicitly generated copy operation in a class with a destructor is deprecated.
4156 ##### Enforcement
4158 (Simple) A class should have a declaration (even a `=delete` one) for either all or none of the special functions.
4160 ### <a name="Rc-matched"></a>C.22: Make default operations consistent
4162 ##### Reason
4164 The default operations are conceptually a matched set. Their semantics are interrelated.
4165 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.
4167 ##### Example, bad
4169     class Silly {   // BAD: Inconsistent copy operations
4170         class Impl {
4171             // ...
4172         };
4173         shared_ptr<Impl> p;
4174     public:
4175         Silly(const Silly& a) : p{a.p} { *p = *a.p; }   // deep copy
4176         Silly& operator=(const Silly& a) { p = a.p; }   // shallow copy
4177         // ...
4178     };
4180 These operations disagree about copy semantics. This will lead to confusion and bugs.
4182 ##### Enforcement
4184 * (Complex) A copy/move constructor and the corresponding copy/move assignment operator should write to the same member variables at the same level of dereference.
4185 * (Complex) Any member variables written in a copy/move constructor should also be initialized by all other constructors.
4186 * (Complex) If a copy/move constructor performs a deep copy of a member variable, then the destructor should modify the member variable.
4187 * (Complex) If a destructor is modifying a member variable, that member variable should be written in any copy/move constructors or assignment operators.
4189 ## <a name="SS-dtor"></a>C.dtor: Destructors
4191 "Does this class need a destructor?" is a surprisingly powerful design question.
4192 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);
4193 that is, its members can take care of themselves as concerns destruction.
4194 If the answer is "yes", much of the design of the class follows (see [the rule of five](#Rc-five)).
4196 ### <a name="Rc-dtor"></a>C.30: Define a destructor if a class needs an explicit action at object destruction
4198 ##### Reason
4200 A destructor is implicitly invoked at the end of an object's lifetime.
4201 If the default destructor is sufficient, use it.
4202 Only define a non-default destructor if a class needs to execute code that is not already part of its members' destructors.
4204 ##### Example
4206     template<typename A>
4207     struct final_action {   // slightly simplified
4208         A act;
4209         final_action(A a) :act{a} {}
4210         ~final_action() { act(); }
4211     };
4213     template<typename A>
4214     final_action<A> finally(A act)   // deduce action type
4215     {
4216         return final_action<A>{act};
4217     }
4219     void test()
4220     {
4221         auto act = finally([]{ cout << "Exit test\n"; });  // establish exit action
4222         // ...
4223         if (something) return;   // act done here
4224         // ...
4225     } // act done here
4227 The whole purpose of `final_action` is to get a piece of code (usually a lambda) executed upon destruction.
4229 ##### Note
4231 There are two general categories of classes that need a user-defined destructor:
4233 * A class with a resource that is not already represented as a class with a destructor, e.g., a `vector` or a transaction class.
4234 * A class that exists primarily to execute an action upon destruction, such as a tracer or `final_action`.
4236 ##### Example, bad
4238     class Foo {   // bad; use the default destructor
4239     public:
4240         // ...
4241         ~Foo() { s = ""; i = 0; vi.clear(); }  // clean up
4242     private:
4243         string s;
4244         int i;
4245         vector<int> vi;
4246     };
4248 The default destructor does it better, more efficiently, and can't get it wrong.
4250 ##### Note
4252 If the default destructor is needed, but its generation has been suppressed (e.g., by defining a move constructor), use `=default`.
4254 ##### Enforcement
4256 Look for likely "implicit resources", such as pointers and references. Look for classes with destructors even though all their data members have destructors.
4258 ### <a name="Rc-dtor-release"></a>C.31: All resources acquired by a class must be released by the class's destructor
4260 ##### Reason
4262 Prevention of resource leaks, especially in error cases.
4264 ##### Note
4266 For resources represented as classes with a complete set of default operations, this happens automatically.
4268 ##### Example
4270     class X {
4271         ifstream f;   // may own a file
4272         // ... no default operations defined or =deleted ...
4273     };
4275 `X`'s `ifstream` implicitly closes any file it may have open upon destruction of its `X`.
4277 ##### Example, bad
4279     class X2 {     // bad
4280         FILE* f;   // may own a file
4281         // ... no default operations defined or =deleted ...
4282     };
4284 `X2` may leak a file handle.
4286 ##### Note
4288 What about a sockets that won't close? A destructor, close, or cleanup operation [should never fail](#Rc-dtor-fail).
4289 If it does nevertheless, we have a problem that has no really good solution.
4290 For starters, the writer of a destructor does not know why the destructor is called and cannot "refuse to act" by throwing an exception.
4291 See [discussion](#Sd-never-fail).
4292 To make the problem worse, many "close/release" operations are not retryable.
4293 Many have tried to solve this problem, but no general solution is known.
4294 If at all possible, consider failure to close/cleanup a fundamental design error and terminate.
4296 ##### Note
4298 A class can hold pointers and references to objects that it does not own.
4299 Obviously, such objects should not be `delete`d by the class's destructor.
4300 For example:
4302     Preprocessor pp { /* ... */ };
4303     Parser p { pp, /* ... */ };
4304     Type_checker tc { p, /* ... */ };
4306 Here `p` refers to `pp` but does not own it.
4308 ##### Enforcement
4310 * (Simple) If a class has pointer or reference member variables that are owners
4311   (e.g., deemed owners by using `gsl::owner`), then they should be referenced in its destructor.
4312 * (Hard) Determine if pointer or reference member variables are owners when there is no explicit statement of ownership
4313   (e.g., look into the constructors).
4315 ### <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
4317 ##### Reason
4319 There is a lot of code that is non-specific about ownership.
4321 ##### Example
4323     ???
4325 ##### Note
4327 If the `T*` or `T&` is owning, mark it `owning`. If the `T*` is not owning, consider marking it `ptr`.
4328 This will aid documentation and analysis.
4330 ##### Enforcement
4332 Look at the initialization of raw member pointers and member references and see if an allocation is used.
4334 ### <a name="Rc-dtor-ptr2"></a>C.33: If a class has an owning pointer member, define a destructor
4336 ##### Reason
4338 An owned object must be `deleted` upon destruction of the object that owns it.
4340 ##### Example
4342 A pointer member may represent a resource.
4343 [A `T*` should not do so](#Rr-ptr), but in older code, that's common.
4344 Consider a `T*` a possible owner and therefore suspect.
4346     template<typename T>
4347     class Smart_ptr {
4348         T* p;   // BAD: vague about ownership of *p
4349         // ...
4350     public:
4351         // ... no user-defined default operations ...
4352     };
4354     void use(Smart_ptr<int> p1)
4355     {
4356         // error: p2.p leaked (if not nullptr and not owned by some other code)
4357         auto p2 = p1;
4358     }
4360 Note that if you define a destructor, you must define or delete [all default operations](#Rc-five):
4362     template<typename T>
4363     class Smart_ptr2 {
4364         T* p;   // BAD: vague about ownership of *p
4365         // ...
4366     public:
4367         // ... no user-defined copy operations ...
4368         ~Smart_ptr2() { delete p; }  // p is an owner!
4369     };
4371     void use(Smart_ptr2<int> p1)
4372     {
4373         auto p2 = p1;   // error: double deletion
4374     }
4376 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:
4378     template<typename T>
4379     class Smart_ptr3 {
4380         owner<T*> p;   // OK: explicit about ownership of *p
4381         // ...
4382     public:
4383         // ...
4384         // ... copy and move operations ...
4385         ~Smart_ptr3() { delete p; }
4386     };
4388     void use(Smart_ptr3<int> p1)
4389     {
4390         auto p2 = p1;   // error: double deletion
4391     }
4393 ##### Note
4395 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.
4397 ##### Note
4399 Why not just require all owning pointers to be "smart pointers"?
4400 That would sometimes require non-trivial code changes and may affect ABIs.
4402 ##### Enforcement
4404 * A class with a pointer data member is suspect.
4405 * A class with an `owner<T>` should define its default operations.
4407 ### <a name="Rc-dtor-ref"></a>C.34: If a class has an owning reference member, define a destructor
4409 ##### Reason
4411 A reference member may represent a resource.
4412 It should not do so, but in older code, that's common.
4413 See [pointer members and destructors](#Rc-dtor-ptr).
4414 Also, copying may lead to slicing.
4416 ##### Example, bad
4418     class Handle {  // Very suspect
4419         Shape& s;   // use reference rather than pointer to prevent rebinding
4420                     // BAD: vague about ownership of *p
4421         // ...
4422     public:
4423         Handle(Shape& ss) : s{ss} { /* ... */ }
4424         // ...
4425     };
4427 The problem of whether `Handle` is responsible for the destruction of its `Shape` is the same as for [the pointer case](#Rc-dtor-ptr):
4428 If the `Handle` owns the object referred to by `s` it must have a destructor.
4430 ##### Example
4432     class Handle {        // OK
4433         owner<Shape&> s;  // use reference rather than pointer to prevent rebinding
4434         // ...
4435     public:
4436         Handle(Shape& ss) : s{ss} { /* ... */ }
4437         ~Handle() { delete &s; }
4438         // ...
4439     };
4441 Independently of whether `Handle` owns its `Shape`, we must consider the default copy operations suspect:
4443     // the Handle had better own the Circle or we have a leak
4444     Handle x {*new Circle{p1, 17}};
4446     Handle y {*new Triangle{p1, p2, p3}};
4447     x = y;     // the default assignment will try *x.s = *y.s
4449 That `x = y` is highly suspect.
4450 Assigning a `Triangle` to a `Circle`?
4451 Unless `Shape` has its [copy assignment `=deleted`](#Rc-copy-virtual), only the `Shape` part of `Triangle` is copied into the `Circle`.
4453 ##### Note
4455 Why not just require all owning references to be replaced by "smart pointers"?
4456 Changing from references to smart pointers implies code changes.
4457 We don't (yet) have smart references.
4458 Also, that may affect ABIs.
4460 ##### Enforcement
4462 * A class with a reference data member is suspect.
4463 * A class with an `owner<T>` reference should define its default operations.
4465 ### <a name="Rc-dtor-virtual"></a>C.35: A base class destructor should be either public and virtual, or protected and nonvirtual
4467 ##### Reason
4469 To prevent undefined behavior.
4470 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.
4471 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.
4472 In general, the writer of a base class does not know the appropriate action to be done upon destruction.
4474 ##### Discussion
4476 See [this in the Discussion section](#Sd-dtor).
4478 ##### Example, bad
4480     struct Base {  // BAD: no virtual destructor
4481         virtual void f();
4482     };
4484     struct D : Base {
4485         string s {"a resource needing cleanup"};
4486         ~D() { /* ... do some cleanup ... */ }
4487         // ...
4488     };
4490     void use()
4491     {
4492         unique_ptr<Base> p = make_unique<D>();
4493         // ...
4494     } // p's destruction calls ~Base(), not ~D(), which leaks D::s and possibly more
4496 ##### Note
4498 A virtual function defines an interface to derived classes that can be used without looking at the derived classes.
4499 If the interface allows destroying, it should be safe to do so.
4501 ##### Note
4503 A destructor must be nonprivate or it will prevent using the type :
4505     class X {
4506         ~X();   // private destructor
4507         // ...
4508     };
4510     void use()
4511     {
4512         X a;                        // error: cannot destroy
4513         auto p = make_unique<X>();  // error: cannot destroy
4514     }
4516 ##### Exception
4518 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.
4520 ##### Enforcement
4522 * A class with any virtual functions should have a destructor that is either public and virtual or else protected and nonvirtual.
4524 ### <a name="Rc-dtor-fail"></a>C.36: A destructor may not fail
4526 ##### Reason
4528 In general we do not know how to write error-free code if a destructor should fail.
4529 The standard library requires that all classes it deals with have destructors that do not exit by throwing.
4531 ##### Example
4533     class X {
4534     public:
4535         ~X() noexcept;
4536         // ...
4537     };
4539     X::~X() noexcept
4540     {
4541         // ...
4542         if (cannot_release_a_resource) terminate();
4543         // ...
4544     }
4546 ##### Note
4548 Many have tried to devise a fool-proof scheme for dealing with failure in destructors.
4549 None have succeeded to come up with a general scheme.
4550 This can be a real practical problem: For example, what about a socket that won't close?
4551 The writer of a destructor does not know why the destructor is called and cannot "refuse to act" by throwing an exception.
4552 See [discussion](#Sd-dtor).
4553 To make the problem worse, many "close/release" operations are not retryable.
4554 If at all possible, consider failure to close/cleanup a fundamental design error and terminate.
4556 ##### Note
4558 Declare a destructor `noexcept`. That will ensure that it either completes normally or terminate the program.
4560 ##### Note
4562 If a resource cannot be released and the program may not fail, try to signal the failure to the rest of the system somehow
4563 (maybe even by modifying some global state and hope something will notice and be able to take care of the problem).
4564 Be fully aware that this technique is special-purpose and error-prone.
4565 Consider the "my connection will not close" example.
4566 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.
4567 The destructor could send a message (somehow) to the responsible part of the system, consider that to have closed the connection, and return normally.
4569 ##### Note
4571 If a destructor uses operations that may fail, it can catch exceptions and in some cases still complete successfully
4572 (e.g., by using a different clean-up mechanism from the one that threw an exception).
4574 ##### Enforcement
4576 (Simple) A destructor should be declared `noexcept` if it could throw.
4578 ### <a name="Rc-dtor-noexcept"></a>C.37: Make destructors `noexcept`
4580 ##### Reason
4582  [A destructor may not fail](#Rc-dtor-fail). If a destructor tries to exit with an exception, it's a bad design error and the program had better terminate.
4584 ##### Note
4586 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.
4588 ##### Enforcement
4590 (Simple) A destructor should be declared `noexcept` if it could throw.
4592 ## <a name="SS-ctor"></a>C.ctor: Constructors
4594 A constructor defines how an object is initialized (constructed).
4596 ### <a name="Rc-ctor"></a>C.40: Define a constructor if a class has an invariant
4598 ##### Reason
4600 That's what constructors are for.
4602 ##### Example
4604     class Date {  // a Date represents a valid date
4605                   // in the January 1, 1900 to December 31, 2100 range
4606         Date(int dd, int mm, int yy)
4607             :d{dd}, m{mm}, y{yy}
4608         {
4609             if (!is_valid(d, m, y)) throw Bad_date{};  // enforce invariant
4610         }
4611         // ...
4612     private:
4613         int d, m, y;
4614     };
4616 It is often a good idea to express the invariant as an `Ensures` on the constructor.
4618 ##### Note
4620 A constructor can be used for convenience even if a class does not have an invariant. For example:
4622     struct Rec {
4623         string s;
4624         int i {0};
4625         Rec(const string& ss) : s{ss} {}
4626         Rec(int ii) :i{ii} {}
4627     };
4629     Rec r1 {7};
4630     Rec r2 {"Foo bar"};
4632 ##### Note
4634 The C++11 initializer list rule eliminates the need for many constructors. For example:
4636     struct Rec2{
4637         string s;
4638         int i;
4639         Rec2(const string& ss, int ii = 0) :s{ss}, i{ii} {}   // redundant
4640     };
4642     Rec2 r1 {"Foo", 7};
4643     Rec2 r2 {"Bar"};
4645 The `Rec2` constructor is redundant.
4646 Also, the default for `int` would be better done as a [member initializer](#Rc-in-class-initializer).
4648 **See also**: [construct valid object](#Rc-complete) and [constructor throws](#Rc-throw).
4650 ##### Enforcement
4652 * Flag classes with user-defined copy operations but no constructor (a user-defined copy is a good indicator that the class has an invariant)
4654 ### <a name="Rc-complete"></a>C.41: A constructor should create a fully initialized object
4656 ##### Reason
4658 A constructor establishes the invariant for a class. A user of a class should be able to assume that a constructed object is usable.
4660 ##### Example, bad
4662     class X1 {
4663         FILE* f;   // call init() before any other function
4664         // ...
4665     public:
4666         X1() {}
4667         void init();   // initialize f
4668         void read();   // read from f
4669         // ...
4670     };
4672     void f()
4673     {
4674         X1 file;
4675         file.read();   // crash or bad read!
4676         // ...
4677         file.init();   // too late
4678         // ...
4679     }
4681 Compilers do not read comments.
4683 ##### Exception
4685 If a valid object cannot conveniently be constructed by a constructor, [use a factory function](#Rc-factory).
4687 ##### Enforcement
4689 * (Simple) Every constructor should initialize every member variable (either explicitly, via a delegating ctor call or via default construction).
4690 * (Unknown) If a constructor has an `Ensures` contract, try to see if it holds as a postcondition.
4692 ##### Note
4694 If a constructor acquires a resource (to create a valid object), that resource should be [released by the destructor](#Rc-dtor-release).
4695 The idiom of having constructors acquire resources and destructors release them is called [RAII](#Rr-raii) ("Resource Acquisition Is Initialization").
4697 ### <a name="Rc-throw"></a>C.42: If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception
4699 ##### Reason
4701 Leaving behind an invalid object is asking for trouble.
4703 ##### Example
4705     class X2 {
4706         FILE* f;   // call init() before any other function
4707         // ...
4708     public:
4709         X2(const string& name)
4710             :f{fopen(name.c_str(), "r")}
4711         {
4712             if (f == nullptr) throw runtime_error{"could not open" + name};
4713             // ...
4714         }
4716         void read();      // read from f
4717         // ...
4718     };
4720     void f()
4721     {
4722         X2 file {"Zeno"}; // throws if file isn't open
4723         file.read();      // fine
4724         // ...
4725     }
4727 ##### Example, bad
4729     class X3 {     // bad: the constructor leaves a non-valid object behind
4730         FILE* f;   // call init() before any other function
4731         bool valid;
4732         // ...
4733     public:
4734         X3(const string& name)
4735             :f{fopen(name.c_str(), "r")}, valid{false}
4736         {
4737             if (f) valid = true;
4738             // ...
4739         }
4741         bool is_valid() { return valid; }
4742         void read();   // read from f
4743         // ...
4744     };
4746     void f()
4747     {
4748         X3 file {"Heraclides"};
4749         file.read();   // crash or bad read!
4750         // ...
4751         if (file.is_valid()) {
4752             file.read();
4753             // ...
4754         }
4755         else {
4756             // ... handle error ...
4757         }
4758         // ...
4759     }
4761 ##### Note
4763 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.
4764 Leaving behind an invalid object and relying on users to consistently check an `is_valid()` function before use is tedious, error-prone, and inefficient.
4766 ##### Exception
4768 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.
4769 There the `is_valid()` technique must be used. In such cases, check `is_valid()` consistently and immediately to simulate [RAII](#Rr-raii).
4771 **Alternative**: If you feel tempted to use some "post-constructor initialization" or "two-stage initialization" idiom, try not to do that.
4772 If you really have to, look at [factory functions](#Rc-factory).
4774 ##### Note
4776 One reason people have used `init()` functions rather than doing the initialization work in a constructor has been to avoid code replication.
4777 [Delegating constructors](#Rc-delegating) and [default member initialization](#Rc-in-class-initializer) do that better.
4778 Another reason is been to delay initialization until an object is needed; the solution to that is often [not to declare a variable until it can be properly initialized](#Res-init)
4780 ##### Enforcement
4782 ### <a name="Rc-default0"></a>C.43: Ensure that a class has a default constructor
4784 ##### Reason
4786 Many language and library facilities rely on default constructors to initialize their elements, e.g. `T a[10]` and `std::vector<T> v(10)`.
4788 ##### Example , bad
4790     class Date { // BAD: no default constructor
4791     public:
4792         Date(int dd, int mm, int yyyy);
4793         // ...
4794     };
4796     vector<Date> vd1(1000);   // default Date needed here
4797     vector<Date> vd2(1000, Date{Month::october, 7, 1885});   // alternative
4799 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.
4801 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.
4802 `{0, 0, 0}` is not a valid date in most calendar systems, so choosing that would be introducing something like floating-point's `NaN`.
4803 However, most realistic `Date` classes have a "first date" (e.g. January 1, 1970 is popular), so making that the default is usually trivial.
4805 ##### Example
4807     class Date {
4808     public:
4809         Date(int dd, int mm, int yyyy);
4810         Date() = default; // See also C.45
4811         // ...
4812     private:
4813         int dd = 1;
4814         int mm = 1;
4815         int yyyy = 1970;
4816         // ...
4817     };
4819     vector<Date> vd1(1000);
4821 ##### Note
4823 A class with members that all have default constructors implicitly gets a default constructor:
4825     struct X {
4826         string s;
4827         vector<int> v;
4828     };
4830     X x; // means X{{}, {}}; that is the empty string and the empty vector
4832 Beware that built-in types are not properly default constructed:
4834     struct X {
4835         string s;
4836         int i;
4837     };
4839     void f()
4840     {
4841         X x;    // x.s is initialized to the empty string; x.i is uninitialized
4843         cout << x.s << ' ' << x.i << '\n';
4844         ++x.i;
4845     }
4847 Statically allocated objects of built-in types are by default initialized to `0`, but local built-in variables are not.
4848 Beware that your compiler may default initialize local built-in variables, whereas an optimized build will not.
4849 Thus, code like the example above may appear to work, but it relies on undefined behavior.
4850 Assuming that you want initialization, an explicit default initialization can help:
4852     struct X {
4853         string s;
4854         int i {};   // default initialize (to 0)
4855     };
4857 ##### Enforcement
4859 * Flag classes without a default constructor
4861 ### <a name="Rc-default00"></a>C.44: Prefer default constructors to be simple and non-throwing
4863 ##### Reason
4865 Being able to set a value to "the default" without operations that might fail simplifies error handling and reasoning about move operations.
4867 ##### Example, problematic
4869     template<typename T>
4870     // elem points to space-elem element allocated using new
4871     class Vector0 {
4872     public:
4873         Vector0() :Vector0{0} {}
4874         Vector0(int n) :elem{new T[n]}, space{elem + n}, last{elem} {}
4875         // ...
4876     private:
4877         own<T*> elem;
4878         T* space;
4879         T* last;
4880     };
4882 This is nice and general, but setting a `Vector0` to empty after an error involves an allocation, which may fail.
4883 Also, having a default `Vector` represented as `{new T[0], 0, 0}` seems wasteful.
4884 For example, `Vector0 v(100)` costs 100 allocations.
4886 ##### Example
4888     template<typename T>
4889     // elem is nullptr or elem points to space-elem element allocated using new
4890     class Vector1 {
4891     public:
4892         // sets the representation to {nullptr, nullptr, nullptr}; doesn't throw
4893         Vector1() noexcept {}
4894         Vector1(int n) :elem{new T[n]}, space{elem + n}, last{elem} {}
4895         // ...
4896     private:
4897         own<T*> elem = nullptr;
4898         T* space = nullptr;
4899         T* last = nullptr;
4900     };
4902 Using `{nullptr, nullptr, nullptr}` makes `Vector1{}` cheap, but a special case and implies run-time checks.
4903 Setting a `Vector1` to empty after detecting an error is trivial.
4905 ##### Enforcement
4907 * Flag throwing default constructors
4909 ### <a name="Rc-default"></a>C.45: Don't define a default constructor that only initializes data members; use in-class member initializers instead
4911 ##### Reason
4913 Using in-class member initializers lets the compiler generate the function for you. The compiler-generated function can be more efficient.
4915 ##### Example, bad
4917     class X1 { // BAD: doesn't use member initializers
4918         string s;
4919         int i;
4920     public:
4921         X1() :s{"default"}, i{1} { }
4922         // ...
4923     };
4925 ##### Example
4927     class X2 {
4928         string s = "default";
4929         int i = 1;
4930     public:
4931         // use compiler-generated default constructor
4932         // ...
4933     };
4935 ##### Enforcement
4937 (Simple) A default constructor should do more than just initialize member variables with constants.
4939 ### <a name="Rc-explicit"></a>C.46: By default, declare single-argument constructors explicit
4941 ##### Reason
4943 To avoid unintended conversions.
4945 ##### Example, bad
4947     class String {
4948         // ...
4949     public:
4950         String(int);   // BAD
4951         // ...
4952     };
4954     String s = 10;   // surprise: string of size 10
4956 ##### Exception
4958 If you really want an implicit conversion from the constructor argument type to the class type, don't use `explicit`:
4960     class Complex {
4961         // ...
4962     public:
4963         Complex(double d);   // OK: we want a conversion from d to {d, 0}
4964         // ...
4965     };
4967     Complex z = 10.7;   // unsurprising conversion
4969 **See also**: [Discussion of implicit conversions](#Ro-conversion).
4971 ##### Enforcement
4973 (Simple) Single-argument constructors should be declared `explicit`. Good single argument non-`explicit` constructors are rare in most code based. Warn for all that are not on a "positive list".
4975 ### <a name="Rc-order"></a>C.47: Define and initialize member variables in the order of member declaration
4977 ##### Reason
4979 To minimize confusion and errors. That is the order in which the initialization happens (independent of the order of member initializers).
4981 ##### Example, bad
4983     class Foo {
4984         int m1;
4985         int m2;
4986     public:
4987         Foo(int x) :m2{x}, m1{++x} { }   // BAD: misleading initializer order
4988         // ...
4989     };
4991     Foo x(1); // surprise: x.m1 == x.m2 == 2
4993 ##### Enforcement
4995 (Simple) A member initializer list should mention the members in the same order they are declared.
4997 **See also**: [Discussion](#Sd-order)
4999 ### <a name="Rc-in-class-initializer"></a>C.48: Prefer in-class initializers to member initializers in constructors for constant initializers
5001 ##### Reason
5003 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.
5005 ##### Example, bad
5007     class X {   // BAD
5008         int i;
5009         string s;
5010         int j;
5011     public:
5012         X() :i{666}, s{"qqq"} { }   // j is uninitialized
5013         X(int ii) :i{ii} {}         // s is "" and j is uninitialized
5014         // ...
5015     };
5017 How would a maintainer know whether `j` was deliberately uninitialized (probably a poor idea anyway) and whether it was intentional to give `s` the default value `""` in one case and `qqq` in another (almost certainly a bug)? The problem with `j` (forgetting to initialize a member) often happens when a new member is added to an existing class.
5019 ##### Example
5021     class X2 {
5022         int i {666};
5023         string s {"qqq"};
5024         int j {0};
5025     public:
5026         X2() = default;        // all members are initialized to their defaults
5027         X2(int ii) :i{ii} {}   // s and j initialized to their defaults
5028         // ...
5029     };
5031 **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:
5033     class X3 {   // BAD: inexplicit, argument passing overhead
5034         int i;
5035         string s;
5036         int j;
5037     public:
5038         X3(int ii = 666, const string& ss = "qqq", int jj = 0)
5039             :i{ii}, s{ss}, j{jj} { }   // all members are initialized to their defaults
5040         // ...
5041     };
5043 ##### Enforcement
5045 * (Simple) Every constructor should initialize every member variable (either explicitly, via a delegating ctor call or via default construction).
5046 * (Simple) Default arguments to constructors suggest an in-class initializer may be more appropriate.
5048 ### <a name="Rc-initialize"></a>C.49: Prefer initialization to assignment in constructors
5050 ##### Reason
5052 An initialization explicitly states that initialization, rather than assignment, is done and can be more elegant and efficient. Prevents "use before set" errors.
5054 ##### Example, good
5056     class A {   // Good
5057         string s1;
5058     public:
5059         A() : s1{"Hello, "} { }    // GOOD: directly construct
5060         // ...
5061     };
5063 ##### Example, bad
5065     class B {   // BAD
5066         string s1;
5067     public:
5068         B() { s1 = "Hello, "; }   // BAD: default constructor followed by assignment
5069         // ...
5070     };
5072     class C {   // UGLY, aka very bad
5073         int* p;
5074     public:
5075         C() { cout << *p; p = new int{10}; }   // accidental use before initialized
5076         // ...
5077     };
5079 ### <a name="Rc-factory"></a>C.50: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization
5081 ##### Reason
5083 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.
5085 ##### Note
5087 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.
5089 ##### Example, bad
5091     class B {
5092     public:
5093         B()
5094         {
5095             // ...
5096             f();   // BAD: virtual call in constructor
5097             // ...
5098         }
5100         virtual void f() = 0;
5102         // ...
5103     };
5105 ##### Example
5107     class B {
5108     protected:
5109         B() { /* ... */ }              // create an imperfectly initialized object
5111         virtual void PostInitialize()  // to be called right after construction
5112         {
5113             // ...
5114             f();    // GOOD: virtual dispatch is safe
5115             // ...
5116         }
5118     public:
5119         virtual void f() = 0;
5121         template<class T>
5122         static shared_ptr<T> Create()  // interface for creating shared objects
5123         {
5124             auto p = make_shared<T>();
5125             p->PostInitialize();
5126             return p;
5127         }
5128     };
5130     class D : public B { /* ... */ };  // some derived class
5132     shared_ptr<D> p = D::Create<D>();  // creating a D object
5134 By making the constructor `protected` we avoid an incompletely constructed object escaping into the wild.
5135 By providing the factory function `Create()`, we make construction (on the free store) convenient.
5137 ##### Note
5139 Conventional factory functions allocate on the free store, rather than on the stack or in an enclosing object.
5141 **See also**: [Discussion](#Sd-factory)
5143 ### <a name="Rc-delegating"></a>C.51: Use delegating constructors to represent common actions for all constructors of a class
5145 ##### Reason
5147 To avoid repetition and accidental differences.
5149 ##### Example, bad
5151     class Date {   // BAD: repetitive
5152         int d;
5153         Month m;
5154         int y;
5155     public:
5156         Date(int ii, Month mm, year yy)
5157             :i{ii}, m{mm}, y{yy}
5158             { if (!valid(i, m, y)) throw Bad_date{}; }
5160         Date(int ii, Month mm)
5161             :i{ii}, m{mm} y{current_year()}
5162             { if (!valid(i, m, y)) throw Bad_date{}; }
5163         // ...
5164     };
5166 The common action gets tedious to write and may accidentally not be common.
5168 ##### Example
5170     class Date2 {
5171         int d;
5172         Month m;
5173         int y;
5174     public:
5175         Date2(int ii, Month mm, year yy)
5176             :i{ii}, m{mm}, y{yy}
5177             { if (!valid(i, m, y)) throw Bad_date{}; }
5179         Date2(int ii, Month mm)
5180             :Date2{ii, mm, current_year()} {}
5181         // ...
5182     };
5184 **See also**: If the "repeated action" is a simple initialization, consider [an in-class member initializer](#Rc-in-class-initializer).
5186 ##### Enforcement
5188 (Moderate) Look for similar constructor bodies.
5190 ### <a name="Rc-inheriting"></a>C.52: Use inheriting constructors to import constructors into a derived class that does not need further explicit initialization
5192 ##### Reason
5194 If you need those constructors for a derived class, re-implementing them is tedious and error prone.
5196 ##### Example
5198 `std::vector` has a lot of tricky constructors, so if I want my own `vector`, I don't want to reimplement them:
5200     class Rec {
5201         // ... data and lots of nice constructors ...
5202     };
5204     class Oper : public Rec {
5205         using Rec::Rec;
5206         // ... no data members ...
5207         // ... lots of nice utility functions ...
5208     };
5210 ##### Example, bad
5212     struct Rec2 : public Rec {
5213         int x;
5214         using Rec::Rec;
5215     };
5217     Rec2 r {"foo", 7};
5218     int val = r.x;   // uninitialized
5220 ##### Enforcement
5222 Make sure that every member of the derived class is initialized.
5224 ## <a name="SS-copy"></a>C.copy: Copy and move
5226 Value types should generally be copyable, but interfaces in a class hierarchy should not.
5227 Resource handles may or may not be copyable.
5228 Types can be defined to move for logical as well as performance reasons.
5230 ### <a name="Rc-copy-assignment"></a>C.60: Make copy assignment non-`virtual`, take the parameter by `const&`, and return by non-`const&`
5232 ##### Reason
5234 It is simple and efficient. If you want to optimize for rvalues, provide an overload that takes a `&&` (see [F.24](#Rf-pass-ref-ref)).
5236 ##### Example
5238     class Foo {
5239     public:
5240         Foo& operator=(const Foo& x)
5241         {
5242             // GOOD: no need to check for self-assignment (other than performance)
5243             auto tmp = x;
5244             std::swap(*this, tmp);
5245             return *this;
5246         }
5247         // ...
5248     };
5250     Foo a;
5251     Foo b;
5252     Foo f();
5254     a = b;    // assign lvalue: copy
5255     a = f();  // assign rvalue: potentially move
5257 ##### Note
5259 The `swap` implementation technique offers the [strong guarantee](???).
5261 ##### Example
5263 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:
5265     template<typename T>
5266     class Vector {
5267     public:
5268         Vector& operator=(const Vector&);
5269         // ...
5270     private:
5271         T* elem;
5272         int sz;
5273     };
5275     Vector& Vector::operator=(const Vector& a)
5276     {
5277         if (a.sz > sz) {
5278             // ... use the swap technique, it can't be bettered ...
5279             return *this
5280         }
5281         // ... copy sz elements from *a.elem to elem ...
5282         if (a.sz < sz) {
5283             // ... destroy the surplus elements in *this* and adjust size ...
5284         }
5285         return *this;
5286     }
5288 By writing directly to the target elements, we will get only [the basic guarantee](#???) rather than the strong guarantee offered by the `swap` technique. Beware of [self assignment](#Rc-copy-self).
5290 **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&)`.
5291 See [copy constructor vs. `clone()`](#Rc-copy-virtual).
5293 ##### Enforcement
5295 * (Simple) An assignment operator should not be virtual. Here be dragons!
5296 * (Simple) An assignment operator should return `T&` to enable chaining, not alternatives like `const T&` which interfere with composability and putting objects in containers.
5297 * (Moderate) An assignment operator should (implicitly or explicitly) invoke all base and member assignment operators.
5298   Look at the destructor to determine if the type has pointer semantics or value semantics.
5300 ### <a name="Rc-copy-semantic"></a>C.61: A copy operation should copy
5302 ##### Reason
5304 That is the generally assumed semantics. After `x = y`, we should have `x == y`.
5305 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).
5307 ##### Example
5309     class X {   // OK: value semantics
5310     public:
5311         X();
5312         X(const X&);     // copy X
5313         void modify();   // change the value of X
5314         // ...
5315         ~X() { delete[] p; }
5316     private:
5317         T* p;
5318         int sz;
5319     };
5321     bool operator==(const X& a, const X& b)
5322     {
5323         return a.sz == b.sz && equal(a.p, a.p + a.sz, b.p, b.p + b.sz);
5324     }
5326     X::X(const X& a)
5327         :p{new T[a.sz]}, sz{a.sz}
5328     {
5329         copy(a.p, a.p + sz, a.p);
5330     }
5332     X x;
5333     X y = x;
5334     if (x != y) throw Bad{};
5335     x.modify();
5336     if (x == y) throw Bad{};   // assume value semantics
5338 ##### Example
5340     class X2 {  // OK: pointer semantics
5341     public:
5342         X2();
5343         X2(const X&) = default; // shallow copy
5344         ~X2() = default;
5345         void modify();          // change the value of X
5346         // ...
5347     private:
5348         T* p;
5349         int sz;
5350     };
5352     bool operator==(const X2& a, const X2& b)
5353     {
5354         return a.sz == b.sz && a.p == b.p;
5355     }
5357     X2 x;
5358     X2 y = x;
5359     if (x != y) throw Bad{};
5360     x.modify();
5361     if (x != y) throw Bad{};  // assume pointer semantics
5363 ##### Note
5365 Prefer copy semantics unless you are building a "smart pointer". Value semantics is the simplest to reason about and what the standard library facilities expect.
5367 ##### Enforcement
5369 (Not enforceable)
5371 ### <a name="Rc-copy-self"></a>C.62: Make copy assignment safe for self-assignment
5373 ##### Reason
5375 If `x = x` changes the value of `x`, people will be surprised and bad errors will occur (often including leaks).
5377 ##### Example
5379 The standard-library containers handle self-assignment elegantly and efficiently:
5381     std::vector<int> v = {3, 1, 4, 1, 5, 9};
5382     v = v;
5383     // the value of v is still {3, 1, 4, 1, 5, 9}
5385 ##### Note
5387 The default assignment generated from members that handle self-assignment correctly handles self-assignment.
5389     struct Bar {
5390         vector<pair<int, int>> v;
5391         map<string, int> m;
5392         string s;
5393     };
5395     Bar b;
5396     // ...
5397     b = b;   // correct and efficient
5399 ##### Note
5401 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)).
5403     class Foo {
5404         string s;
5405         int i;
5406     public:
5407         Foo& operator=(const Foo& a);
5408         // ...
5409     };
5411     Foo& Foo::operator=(const Foo& a)   // OK, but there is a cost
5412     {
5413         if (this == &a) return *this;
5414         s = a.s;
5415         i = a.i;
5416         return *this;
5417     }
5419 This is obviously safe and apparently efficient.
5420 However, what if we do one self-assignment per million assignments?
5421 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).
5422 Consider:
5424     Foo& Foo::operator=(const Foo& a)   // simpler, and probably much better
5425     {
5426         s = a.s;
5427         i = a.i;
5428         return *this;
5429     }
5431 `std::string` is safe for self-assignment and so are `int`. All the cost is carried by the (rare) case of self-assignment.
5433 ##### Enforcement
5435 (Simple) Assignment operators should not contain the pattern `if (this == &a) return *this;` ???
5437 ### <a name="Rc-move-assignment"></a>C.63: Make move assignment non-`virtual`, take the parameter by `&&`, and return by non-`const &`
5439 ##### Reason
5441 It is simple and efficient.
5443 **See**: [The rule for copy-assignment](#Rc-copy-assignment).
5445 ##### Enforcement
5447 Equivalent to what is done for [copy-assignment](#Rc-copy-assignment).
5449 * (Simple) An assignment operator should not be virtual. Here be dragons!
5450 * (Simple) An assignment operator should return `T&` to enable chaining, not alternatives like `const T&` which interfere with composability and putting objects in containers.
5451 * (Moderate) A move assignment operator should (implicitly or explicitly) invoke all base and member move assignment operators.
5453 ### <a name="Rc-move-semantic"></a>C.64: A move operation should move and leave its source in a valid state
5455 ##### Reason
5457 That is the generally assumed semantics.
5458 After `y = std::move(x)` the value of `y` should be the value `x` had and `x` should be in a valid state.
5460 ##### Example
5462     template<typename T>
5463     class X {   // OK: value semantics
5464     public:
5465         X();
5466         X(X&& a);          // move X
5467         void modify();     // change the value of X
5468         // ...
5469         ~X() { delete[] p; }
5470     private:
5471         T* p;
5472         int sz;
5473     };
5476     X::X(X&& a)
5477         :p{a.p}, sz{a.sz}  // steal representation
5478     {
5479         a.p = nullptr;     // set to "empty"
5480         a.sz = 0;
5481     }
5483     void use()
5484     {
5485         X x{};
5486         // ...
5487         X y = std::move(x);
5488         x = X{};   // OK
5489     } // OK: x can be destroyed
5491 ##### Note
5493 Ideally, that moved-from should be the default value of the type.
5494 Ensure that unless there is an exceptionally good reason not to.
5495 However, not all types have a default value and for some types establishing the default value can be expensive.
5496 The standard requires only that the moved-from object can be destroyed.
5497 Often, we can easily and cheaply do better: The standard library assumes that it it possible to assign to a moved-from object.
5498 Always leave the moved-from object in some (necessarily specified) valid state.
5500 ##### Note
5502 Unless there is an exceptionally strong reason not to, make `x = std::move(y); y = z;` work with the conventional semantics.
5504 ##### Enforcement
5506 (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.
5508 ### <a name="Rc-move-self"></a>C.65: Make move assignment safe for self-assignment
5510 ##### Reason
5512 If `x = x` changes the value of `x`, people will be surprised and bad errors may occur. However, people don't usually directly write a self-assignment that turn into a move, but it can occur. However, `std::swap` is implemented using move operations so if you accidentally do `swap(a, b)` where `a` and `b` refer to the same object, failing to handle self-move could be a serious and subtle error.
5514 ##### Example
5516     class Foo {
5517         string s;
5518         int i;
5519     public:
5520         Foo& operator=(Foo&& a);
5521         // ...
5522     };
5524     Foo& Foo::operator=(Foo&& a)       // OK, but there is a cost
5525     {
5526         if (this == &a) return *this;  // this line is redundant
5527         s = std::move(a.s);
5528         i = a.i;
5529         return *this;
5530     }
5532 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.
5534 ##### Note
5536 There is no know general way of avoiding a `if (this == &a) return *this;` test for a move assignment and still get a correct answer (i.e., after `x = x` the value of `x` is unchanged).
5538 ##### Note
5540 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.
5542 ##### Example
5544 Here is a way to move a pointer without a test (imagine it as code in the implementation a move assignment):
5546     // move from other.ptr to this->ptr
5547     T* temp = other.ptr;
5548     other.ptr = nullptr;
5549     delete ptr;
5550     ptr = temp;
5552 ##### Enforcement
5554 * (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`.
5555 * (Not enforceable) Look at the use of standard-library container types (incl. `string`) and consider them safe for ordinary (not life-critical) uses.
5557 ### <a name="Rc-move-noexcept"></a>C.66: Make move operations `noexcept`
5559 ##### Reason
5561 A throwing move violates most people's reasonably assumptions.
5562 A non-throwing move will be used more efficiently by standard-library and language facilities.
5564 ##### Example
5566     template<typename T>
5567     class Vector {
5568         // ...
5569         Vector(Vector&& a) noexcept :elem{a.elem}, sz{a.sz} { a.sz = 0; a.elem = nullptr; }
5570         Vector& operator=(Vector&& a) noexcept { elem = a.elem; sz = a.sz; a.sz = 0; a.elem = nullptr; }
5571         // ...
5572     public:
5573         T* elem;
5574         int sz;
5575     };
5577 These copy operations do not throw.
5579 ##### Example, bad
5581     template<typename T>
5582     class Vector2 {
5583         // ...
5584         Vector2(Vector2&& a) { *this = a; }             // just use the copy
5585         Vector2& operator=(Vector2&& a) { *this = a; }  // just use the copy
5586         // ...
5587     public:
5588         T* elem;
5589         int sz;
5590     };
5592 This `Vector2` is not just inefficient, but since a vector copy requires allocation, it can throw.
5594 ##### Enforcement
5596 (Simple) A move operation should be marked `noexcept`.
5598 ### <a name="Rc-copy-virtual"></a>C.67: A base class should suppress copying, and provide a virtual `clone` instead if "copying" is desired
5600 ##### Reason
5602 To prevent slicing, because the normal copy operations will copy only the base portion of a derived object.
5604 ##### Example, bad
5606     class B { // BAD: base class doesn't suppress copying
5607         int data;
5608         // ... nothing about copy operations, so uses default ...
5609     };
5611     class D : public B {
5612         string more_data; // add a data member
5613         // ...
5614     };
5616     auto d = make_unique<D>();
5618     // oops, slices the object; gets only d.data but drops d.more_data
5619     auto b = make_unique<B>(d);
5621 ##### Example
5623     class B { // GOOD: base class suppresses copying
5624         B(const B&) = delete;
5625         B& operator=(const B&) = delete;
5626         virtual unique_ptr<B> clone() { return /* B object */; }
5627         // ...
5628     };
5630     class D : public B {
5631         string more_data; // add a data member
5632         unique_ptr<B> clone() override { return /* D object */; }
5633         // ...
5634     };
5636     auto d = make_unique<D>();
5637     auto b = d.clone(); // ok, deep clone
5639 ##### Note
5641 It's good to return a smart pointer, but unlike with raw pointers the return type cannot be covariant (for example, `D::clone` can't return a `unique_ptr<D>`. Don't let this tempt you into returning an owning raw pointer; this is a minor drawback compared to the major robustness benefit delivered by the owning smart pointer.
5643 ##### Exception
5645 If you need covariant return types, return an `owner<derived*>`. See [C.130](#Rh-copy).
5647 ##### Enforcement
5649 A class with any virtual function should not have a copy constructor or copy assignment operator (compiler-generated or handwritten).
5651 ## C.other: Other default operation rules
5653 In addition to the operations for which the language offer default implementations,
5654 there are a few operations that are so foundational that it rules for their definition are needed:
5655 comparisons, `swap`, and `hash`.
5657 ### <a name="Rc-eqdefault"></a>C.80: Use `=default` if you have to be explicit about using the default semantics
5659 ##### Reason
5661 The compiler is more likely to get the default semantics right and you cannot implement these functions better than the compiler.
5663 ##### Example
5665     class Tracer {
5666         string message;
5667     public:
5668         Tracer(const string& m) : message{m} { cerr << "entering " << message << '\n'; }
5669         ~Tracer() { cerr << "exiting " << message << '\n'; }
5671         Tracer(const Tracer&) = default;
5672         Tracer& operator=(const Tracer&) = default;
5673         Tracer(Tracer&&) = default;
5674         Tracer& operator=(Tracer&&) = default;
5675     };
5677 Because we defined the destructor, we must define the copy and move operations. The `= default` is the best and simplest way of doing that.
5679 ##### Example, bad
5681     class Tracer2 {
5682         string message;
5683     public:
5684         Tracer2(const string& m) : message{m} { cerr << "entering " << message << '\n'; }
5685         ~Tracer2() { cerr << "exiting " << message << '\n'; }
5687         Tracer2(const Tracer2& a) : message{a.message} {}
5688         Tracer2& operator=(const Tracer2& a) { message = a.message; return *this; }
5689         Tracer2(Tracer2&& a) :message{a.message} {}
5690         Tracer2& operator=(Tracer2&& a) { message = a.message; return *this; }
5691     };
5693 Writing out the bodies of the copy and move operations is verbose, tedious, and error-prone. A compiler does it better.
5695 ##### Enforcement
5697 (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
5699 ### <a name="Rc-delete"></a>C.81: Use `=delete` when you want to disable default behavior (without wanting an alternative)
5701 ##### Reason
5703 In a few cases, a default operation is not desirable.
5705 ##### Example
5707     class Immortal {
5708     public:
5709         ~Immortal() = delete;   // do not allow destruction
5710         // ...
5711     };
5713     void use()
5714     {
5715         Immortal ugh;   // error: ugh cannot be destroyed
5716         Immortal* p = new Immortal{};
5717         delete p;       // error: cannot destroy *p
5718     }
5720 ##### Example
5722 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:
5724     template <class T, class D = default_delete<T>> class unique_ptr {
5725     public:
5726         // ...
5727         constexpr unique_ptr() noexcept;
5728         explicit unique_ptr(pointer p) noexcept;
5729         // ...
5730         unique_ptr(unique_ptr&& u) noexcept;   // move constructor
5731         // ...
5732         unique_ptr(const unique_ptr&) = delete; // disable copy from lvalue
5733         // ...
5734     };
5736     unique_ptr<int> make();   // make "something" and return it by moving
5738     void f()
5739     {
5740         unique_ptr<int> pi {};
5741         auto pi2 {pi};      // error: no move constructor from lvalue
5742         auto pi3 {make()};  // OK, move: the result of make() is an rvalue
5743     }
5745 ##### Enforcement
5747 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.
5749 ### <a name="Rc-ctor-virtual"></a>C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors
5751 ##### Reason
5753 The function called will be that of the object constructed so far, rather than a possibly overriding function in a derived class.
5754 This can be most confusing.
5755 Worse, a direct or indirect call to an unimplemented pure virtual function from a constructor or destructor results in undefined behavior.
5757 ##### Example, bad
5759     class Base {
5760     public:
5761         virtual void f() = 0;   // not implemented
5762         virtual void g();       // implemented with Base version
5763         virtual void h();       // implemented with Base version
5764     };
5766     class Derived : public Base {
5767     public:
5768         void g() override;   // provide Derived implementation
5769         void h() final;      // provide Derived implementation
5771         Derived()
5772         {
5773             // BAD: attempt to call an unimplemented virtual function
5774             f();
5776             // BAD: will call Derived::g, not dispatch further virtually
5777             g();
5779             // GOOD: explicitly state intent to call only the visible version
5780             Derived::g();
5782             // ok, no qualification needed, h is final
5783             h();
5784         }
5785     };
5787 Note that calling a specific explicitly qualified function is not a virtual call even if the function is `virtual`.
5789 **See also** [factory functions](#Rc-factory) for how to achieve the effect of a call to a derived class function without risking undefined behavior.
5791 ##### Note
5793 There is nothing inherently wrong with calling virtual functions from constructors and destructors.
5794 The semantics of such calls is type safe.
5795 However, experience shows that such calls are rarely needed, easily confuse maintainers, and become a source of errors when used by novices.
5797 ##### Enforcement
5799 * Flag calls of virtual functions from constructors and destructors.
5801 ### <a name="Rc-swap"></a>C.83: For value-like types, consider providing a `noexcept` swap function
5803 ##### Reason
5805 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).
5807 ##### Example, good
5809     class Foo {
5810         // ...
5811     public:
5812         void swap(Foo& rhs) noexcept
5813         {
5814             m1.swap(rhs.m1);
5815             std::swap(m2, rhs.m2);
5816         }
5817     private:
5818         Bar m1;
5819         int m2;
5820     };
5822 Providing a nonmember `swap` function in the same namespace as your type for callers' convenience.
5824     void swap(Foo& a, Foo& b)
5825     {
5826         a.swap(b);
5827     }
5829 ##### Enforcement
5831 * (Simple) A class without virtual functions should have a `swap` member function declared.
5832 * (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
5834 ### <a name="Rc-swap-fail"></a>C.84: A `swap` function may not fail
5836 ##### Reason
5838  `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.
5840 ##### Example, bad
5842     void swap(My_vector& x, My_vector& y)
5843     {
5844         auto tmp = x;   // copy elements
5845         x = y;
5846         y = tmp;
5847     }
5849 This is not just slow, but if a memory allocation occurs for the elements in `tmp`, this `swap` may throw and would make STL algorithms fail if used with them.
5851 ##### Enforcement
5853 (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
5855 ### <a name="Rc-swap-noexcept"></a>C.85: Make `swap` `noexcept`
5857 ##### Reason
5859  [A `swap` may not fail](#Rc-swap-fail).
5860 If a `swap` tries to exit with an exception, it's a bad design error and the program had better terminate.
5862 ##### Enforcement
5864 (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
5866 ### <a name="Rc-eq"></a>C.86: Make `==` symmetric with respect to operand types and `noexcept`
5868 ##### Reason
5870 Asymmetric treatment of operands is surprising and a source of errors where conversions are possible.
5871 `==` is a fundamental operations and programmers should be able to use it without fear of failure.
5873 ##### Example
5875     class X {
5876         string name;
5877         int number;
5878     };
5880     bool operator==(const X& a, const X& b) noexcept {
5881         return a.name == b.name && a.number == b.number;
5882     }
5884 ##### Example, bad
5886     class B {
5887         string name;
5888         int number;
5889         bool operator==(const B& a) const {
5890             return name == a.name && number == a.number;
5891         }
5892         // ...
5893     };
5895 `B`'s comparison accepts conversions for its second operand, but not its first.
5897 ##### Note
5899 If a class has a failure state, like `double`'s `NaN`, there is a temptation to make a comparison against the failure state throw.
5900 The alternative is to make two failure states compare equal and any valid state compare false against the failure state.
5902 #### Note
5904 This rule applies to all the usual comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
5906 ##### Enforcement
5908 * Flag an `operator==()` for which the argument types differ; same for other comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
5909 * Flag member `operator==()`s; same for other comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
5911 ### <a name="Rc-eq-base"></a>C.87: Beware of `==` on base classes
5913 ##### Reason
5915 It is really hard to write a foolproof and useful `==` for a hierarchy.
5917 ##### Example, bad
5919     class B {
5920         string name;
5921         int number;
5922         virtual bool operator==(const B& a) const
5923         {
5924              return name == a.name && number == a.number;
5925         }
5926         // ...
5927     };
5929 `B`'s comparison accepts conversions for its second operand, but not its first.
5931     class D :B {
5932         char character;
5933         virtual bool operator==(const D& a) const
5934         {
5935             return name == a.name && number == a.number && character == a.character;
5936         }
5937         // ...
5938     };
5940     B b = ...
5941     D d = ...
5942     b == d;    // compares name and number, ignores d's character
5943     d == b;    // error: no == defined
5944     D d2;
5945     d == d2;   // compares name, number, and character
5946     B& b2 = d2;
5947     b2 == d;   // compares name and number, ignores d2's and d's character
5949 Of course there are ways of making `==` work in a hierarchy, but the naive approaches do not scale
5951 #### Note
5953 This rule applies to all the usual comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
5955 ##### Enforcement
5957 * Flag a virtual `operator==()`; same for other comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
5959 ### <a name="Rc-hash"></a>C.89: Make a `hash` `noexcept`
5961 ##### Reason
5963 Users of hashed containers use hash indirectly and don't expect simple access to throw.
5964 It's a standard-library requirement.
5966 ##### Example, bad
5968     template<>
5969     struct hash<My_type> {  // thoroughly bad hash specialization
5970         using result_type = size_t;
5971         using argument_type = My_type;
5973         size_t operator() (const My_type & x) const
5974         {
5975             size_t xs = x.s.size();
5976             if (xs < 4) throw Bad_My_type{};    // "Nobody expects the Spanish inquisition!"
5977             return hash<size_t>()(x.s.size()) ^ trim(x.s);
5978         }
5979     };
5981     int main()
5982     {
5983         unordered_map<My_type, int> m;
5984         My_type mt{ "asdfg" };
5985         m[mt] = 7;
5986         cout << m[My_type{ "asdfg" }] << '\n';
5987     }
5989 If you have to define a `hash` specialization, try simply to let it combine standard-library `hash` specializations with `^` (xor).
5990 That tends to work better than "cleverness" for non-specialists.
5992 ##### Enforcement
5994 * Flag throwing `hash`es.
5996 ## <a name="SS-containers"></a>C.con: Containers and other resource handles
5998 A container is an object holding a sequence of objects of some type; `std::vector` is the archetypical container.
5999 A resource handle is a class that owns a resource; `std::vector` is the typical resource handle; its resource is its sequence of elements.
6001 Summary of container rules:
6003 * [C.100: Follow the STL when defining a container](#Rcon-stl)
6004 * [C.101: Give a container value semantics](#Rcon-val)
6005 * [C.102: Give a container move operations](#Rcon-move)
6006 * [C.103: Give a container an initializer list constructor](#Rcon-init)
6007 * [C.104: Give a container a default constructor that sets it to empty](#Rcon-empty)
6008 * [C.105: Give a constructor and `Extent` constructor](#Rcon-val)
6009 * ???
6010 * [C.109: If a resource handle has pointer semantics, provide `*` and `->`](#rcon-ptr)
6012 **See also**: [Resources](#S-resource)
6014 ## <a name="SS-lambdas"></a>C.lambdas: Function objects and lambdas
6016 A function object is an object supplying an overloaded `()` so that you can call it.
6017 A lambda expression (colloquially often shortened to "a lambda") is a notation for generating a function object.
6018 Function objects should be cheap to copy (and therefore [passed by value](#Rf-in)).
6020 Summary:
6022 * [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)
6023 * [F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms](#Rf-reference-capture)
6024 * [F.53: Avoid capturing by reference in lambdas that will be used nonlocally, including returned, stored on the heap, or passed to another thread](#Rf-value-capture)
6025 * [ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables](#Res-lambda-init)
6027 ## <a name="SS-hier"></a>C.hier: Class hierarchies (OOP)
6029 A class hierarchy is constructed to represent a set of hierarchically organized concepts (only).
6030 Typically base classes act as interfaces.
6031 There are two major uses for hierarchies, often named implementation inheritance and interface inheritance.
6033 Class hierarchy rule summary:
6035 * [C.120: Use class hierarchies to represent concepts with inherent hierarchical structure (only)](#Rh-domain)
6036 * [C.121: If a base class is used as an interface, make it a pure abstract class](#Rh-abstract)
6037 * [C.122: Use abstract classes as interfaces when complete separation of interface and implementation is needed](#Rh-separation)
6039 Designing rules for classes in a hierarchy summary:
6041 * [C.126: An abstract class typically doesn't need a constructor](#Rh-abstract-ctor)
6042 * [C.127: A class with a virtual function should have a virtual or protected destructor](#Rh-dtor)
6043 * [C.128: Virtual functions should specify exactly one of `virtual`, `override`, or `final`](#Rh-override)
6044 * [C.129: When designing a class hierarchy, distinguish between implementation inheritance and interface inheritance](#Rh-kind)
6045 * [C.130: Redefine or prohibit copying for a base class; prefer a virtual `clone` function instead](#Rh-copy)
6046 * [C.131: Avoid trivial getters and setters](#Rh-get)
6047 * [C.132: Don't make a function `virtual` without reason](#Rh-virtual)
6048 * [C.133: Avoid `protected` data](#Rh-protected)
6049 * [C.134: Ensure all non-`const` data members have the same access level](#Rh-public)
6050 * [C.135: Use multiple inheritance to represent multiple distinct interfaces](#Rh-mi-interface)
6051 * [C.136: Use multiple inheritance to represent the union of implementation attributes](#Rh-mi-implementation)
6052 * [C.137: Use `virtual` bases to avoid overly general base classes](#Rh-vbase)
6053 * [C.138: Create an overload set for a derived class and its bases with `using`](#Rh-using)
6054 * [C.139: Use `final` sparingly](#Rh-final)
6055 * [C.140: Do not provide different default arguments for a virtual function and an overrider](#Rh-virtual-default-arg)
6057 Accessing objects in a hierarchy rule summary:
6059 * [C.145: Access polymorphic objects through pointers and references](#Rh-poly)
6060 * [C.146: Use `dynamic_cast` where class hierarchy navigation is unavoidable](#Rh-dynamic_cast)
6061 * [C.147: Use `dynamic_cast` to a reference type when failure to find the required class is considered an error](#Rh-ptr-cast)
6062 * [C.148: Use `dynamic_cast` to a pointer type when failure to find the required class is considered a valid alternative](#Rh-ref-cast)
6063 * [C.149: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to avoid forgetting to `delete` objects created using `new`](#Rh-smart)
6064 * [C.150: Use `make_unique()` to construct objects owned by `unique_ptr`s](#Rh-make_unique)
6065 * [C.151: Use `make_shared()` to construct objects owned by `shared_ptr`s](#Rh-make_shared)
6066 * [C.152: Never assign a pointer to an array of derived class objects to a pointer to its base](#Rh-array)
6068 ### <a name="Rh-domain"></a>C.120: Use class hierarchies to represent concepts with inherent hierarchical structure (only)
6070 ##### Reason
6072 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.
6074 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.
6076 ##### Example
6078     ??? Good old Shape example?
6080 ##### Example, bad
6082 Do *not* represent non-hierarchical domain concepts as class hierarchies.
6084     template<typename T>
6085     class Container {
6086     public:
6087         // list operations:
6088         virtual T& get() = 0;
6089         virtual void put(T&) = 0;
6090         virtual void insert(Position) = 0;
6091         // ...
6092         // vector operations:
6093         virtual T& operator[](int) = 0;
6094         virtual void sort() = 0;
6095         // ...
6096         // tree operations:
6097         virtual void balance() = 0;
6098         // ...
6099     };
6101 Here most overriding classes cannot implement most of the functions required in the interface well.
6102 Thus the base class becomes an implementation burden.
6103 Furthermore, the user of `Container` cannot rely on the member functions actually performing a meaningful operations reasonably efficiently;
6104 it may throw an exception instead.
6105 Thus users have to resort to run-time checking and/or
6106 not using this (over)general interface in favor of a particular interface found by a run-time type inquiry (e.g., a `dynamic_cast`).
6108 ##### Enforcement
6110 * Look for classes with lots of members that do nothing but throw.
6111 * Flag every use of a nonpublic base class `B` where the derived class `D` does not override a virtual function or access a protected member in `B`, and `B` is not one of the following: empty, a template parameter or parameter pack of `D`, a class template specialized with `D`.
6113 ### <a name="Rh-abstract"></a>C.121: If a base class is used as an interface, make it a pure abstract class
6115 ##### Reason
6117 A class is more stable (less brittle) if it does not contain data.
6118 Interfaces should normally be composed entirely of public pure virtual functions and a default/empty virtual destructor.
6120 ##### Example
6122     class My_interface {
6123     public:
6124         // ...only pure virtual functions here ...
6125         virtual ~My_interface() {}   // or =default
6126     };
6128 ##### Example, bad
6130     class Goof {
6131     public:
6132         // ...only pure virtual functions here ...
6133         // no virtual destructor
6134     };
6136     class Derived : public Goof {
6137         string s;
6138         // ...
6139     };
6141     void use()
6142     {
6143         unique_ptr<Goof> p {new Derived{"here we go"}};
6144         f(p.get()); // use Derived through the Goof interface
6145         g(p.get()); // use Derived through the Goof interface
6146     } // leak
6148 The `Derived` is `delete`d through its `Goof` interface, so its `string` is leaked.
6149 Give `Goof` a virtual destructor and all is well.
6152 ##### Enforcement
6154 * Warn on any class that contains data members and also has an overridable (non-`final`) virtual function.
6156 ### <a name="Rh-separation"></a>C.122: Use abstract classes as interfaces when complete separation of interface and implementation is needed
6158 ##### Reason
6160 Such as on an ABI (link) boundary.
6162 ##### Example
6164     struct Device {
6165         virtual void write(span<const char> outbuf) = 0;
6166         virtual void read(span<char> inbuf) = 0;
6167     };
6169     class D1 : public Device {
6170         // ... data ...
6172         void write(span<const char> outbuf) override;
6173         void read(span<char> inbuf) override;
6174     };
6176     class D2 : public Device {
6177         // ... different data ...
6179         void write(span<const char> outbuf) override;
6180         void read(span<char> inbuf) override;
6181     };
6183 A user can now use `D1`s and `D2`s interchangeably through the interface provided by `Device`.
6184 Furthermore, we can update `D1` and `D2` in a ways that are not binary compatible with older versions as long as all access goes through `Device`.
6186 ##### Enforcement
6188     ???
6190 ## C.hierclass: Designing classes in a hierarchy:
6192 ### <a name="Rh-abstract-ctor"></a>C.126: An abstract class typically doesn't need a constructor
6194 ##### Reason
6196 An abstract class typically does not have any data for a constructor to initialize.
6198 ##### Example
6200     ???
6202 ##### Exception
6204 * A base class constructor that does work, such as registering an object somewhere, may need a constructor.
6205 * In extremely rare cases, you might find it reasonable for an abstract class to have a bit of data shared by all derived classes
6206   (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.
6208 ##### Enforcement
6210 Flag abstract classes with constructors.
6212 ### <a name="Rh-dtor"></a>C.127: A class with a virtual function should have a virtual or protected destructor
6214 ##### Reason
6216 A class with a virtual function is usually (and in general) used via a pointer to base. Usually, the last user has to call delete on a pointer to base, often via a smart pointer to base, so the destructor should be public and virtual. Less commonly, if deletion through a pointer to base is not intended to be supported, the destructor should be protected and nonvirtual; see [C.35](#Rc-dtor-virtual).
6218 ##### Example, bad
6220     struct B {
6221         virtual int f() = 0;
6222         // ... no user-written destructor, defaults to public nonvirtual ...
6223     };
6225     // bad: derived from a class without a virtual destructor
6226     struct D : B {
6227         string s {"default"};
6228     };
6230     void use()
6231     {
6232         unique_ptr<B> p = make_unique<D>();
6233         // ...
6234     } // undefined behavior. May call B::~B only and leak the string
6236 ##### Note
6238 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`.
6240 ##### Enforcement
6242 * A class with any virtual functions should have a destructor that is either public and virtual or else protected and nonvirtual.
6243 * Flag `delete` of a class with a virtual function but no virtual destructor.
6245 ### <a name="Rh-override"></a>C.128: Virtual functions should specify exactly one of `virtual`, `override`, or `final`
6247 ##### Reason
6249 Readability.
6250 Detection of mistakes.
6251 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.
6253 Use `virtual` only when declaring a new virtual function. Use `override` only when declaring an overrider. Use `final` only when declaring a final overrider. If a base class destructor is declared `virtual`, derived class destructors should neither be declared `virtual` nor `override`.
6255 ##### Example, bad
6257     struct B {
6258         void f1(int);
6259         virtual void f2(int) const;
6260         virtual void f3(int);
6261         // ...
6262     };
6264     struct D : B {
6265         void f1(int);        // bad (hope for a warning): D::f1() hides B::f1()
6266         void f2(int) const;  // bad (but conventional and valid): no explicit override
6267         void f3(double);     // bad (hope for a warning): D::f3() hides B::f3()
6268         // ...
6269     };
6271     struct Better : B {
6272         void f1(int) override;        // error (caught): D::f1() hides B::f1()
6273         void f2(int) const override;
6274         void f3(double) override;     // error (caught): D::f3() hides B::f3()
6275         // ...
6276     };
6278 ##### Enforcement
6280 * Compare names in base and derived classes and flag uses of the same name that does not override.
6281 * Flag overrides with neither `override` nor `final`.
6282 * Flag function declarations that use more than one of `virtual`, `override`, and `final`.
6284 ### <a name="Rh-kind"></a>C.129: When designing a class hierarchy, distinguish between implementation inheritance and interface inheritance
6286 ##### Reason
6288 Implementation details in an interface makes the interface brittle;
6289 that is, makes its users vulnerable to having to recompile after changes in the implementation.
6290 Data in a base class increases the complexity of implementing the base and can lead to replication of code.
6292 ##### Note
6294 Definition:
6296 * interface inheritance is the use of inheritance to separate users from implementations,
6297 in particular to allow derived classes to be added and changed without affecting the users of base classes.
6298 * implementation inheritance is the use of inheritance to simplify implementation of new facilities
6299 by making useful operations available for implementers of related new operations (sometimes called "programming by difference").
6301 A pure interface class is simply a set of pure virtual functions; see [I.25](#Ri-abstract).
6303 In early OOP (e.g., in the 1980s and 1990s), implementation inheritance and interface inheritance were often mixed
6304 and bad habits die hard.
6305 Even now, mixtures are not uncommon in old code bases and in old-style teaching material.
6307 The importance of keeping the two kinds of inheritance increases
6309 * with the size of a hierarchy (e.g., dozens of derived classes),
6310 * with the length of time the hierarchy is used (e.g., decades), and
6311 * with the number of distinct organizations in which a hierarchy is used
6312 (e.g., it can be difficult to distribute an update to a base class)
6315 ##### Example, bad
6317     class Shape {   // BAD, mixed interface and implementation
6318     public:
6319         Shape();
6320         Shape(Point ce = {0, 0}, Color co = none): cent{ce}, col {co} { /* ... */}
6322         Point center() const { return cent; }
6323         Color color() const { return col; }
6325         virtual void rotate(int) = 0;
6326         virtual void move(Point p) { cent = p; redraw(); }
6328         virtual void redraw();
6330         // ...
6331     public:
6332         Point cent;
6333         Color col;
6334     };
6336     class Circle : public Shape {
6337     public:
6338         Circle(Point c, int r) :Shape{c}, rad{r} { /* ... */ }
6340         // ...
6341     private:
6342         int rad;
6343     };
6345     class Triangle : public Shape {
6346     public:
6347         Triangle(Point p1, Point p2, Point p3); // calculate center
6348         // ...
6349     };
6351 Problems:
6353 * As the hierarchy grows and more data is added to `Shape`, the constructors gets harder to write and maintain.
6354 * Why calculate the center for the `Triangle`? we may never us it.
6355 * Add a data member to `Shape` (e.g., drawing style or canvas)
6356 and all derived classes and all users needs to be reviewed, possibly changes, and probably recompiled.
6358 The implementation of `Shape::move()` is an example of implementation inheritance:
6359 we have defined `move()` once and for all for all derived classes.
6360 The more code there is in such base class member function implementations and the more data is shared by placing it in the base,
6361 the more benefits we gain - and the less stable the hierarchy is.
6363 ##### Example
6365 This Shape hierarchy can be rewritten using interface inheritance:
6367     class Shape {  // pure interface
6368     public:
6369         virtual Point center() const = 0;
6370         virtual Color color() const = 0;
6372         virtual void rotate(int) = 0;
6373         virtual void move(Point p) = 0;
6375         virtual void redraw() = 0;
6377         // ...
6378     };
6380 Note that a pure interface rarely have constructors: there is nothing to construct.
6382     class Circle : public Shape {
6383     public:
6384         Circle(Point c, int r, Color c) :cent{c}, rad{r}, col{c} { /* ... */ }
6386         Point center() const override { return cent; }
6387         Color color() const override { return col; }
6389         // ...
6390     private:
6391         Point cent;
6392         int rad;
6393         Color col;
6394     };
6396 The interface is now less brittle, but there is more work in implementing the member functions.
6397 For example, `center` has to be implemented by every class derived from `Shape`.
6399 ##### Example, dual hierarchy
6401 How can we gain the benefit of the stable hierarchies from implementation hierarchies and the benefit of implementation reuse from implementation inheritance.
6402 One popular technique is dual hierarchies.
6403 There are many ways of implementing the idea of dual hierarchies; here, we use a multiple-inheritance variant.
6405 First we devise a hierarchy of interface classes:
6407     class Shape {   // pure interface
6408     public:
6409         virtual Point center() const = 0;
6410         virtual Color color() const = 0;
6412         virtual void rotate(int) = 0;
6413         virtual void move(Point p) = 0;
6415         virtual void redraw() = 0;
6417         // ...
6418     };
6420     class Circle : public Shape {   // pure interface
6421     public:
6422         int radius() = 0;
6423         // ...
6424     };
6426 To make this interface useful, we must provide its implementation classes (here, named equivalently, but in the `Impl` namespace):
6428     class Impl::Shape : public Shape { // implementation
6429     public:
6430         // constructors, destructor
6431         // ...
6432         virtual Point center() const { /* ... */ }
6433         virtual Color color() const { /* ... */ }
6435         virtual void rotate(int) { /* ... */ }
6436         virtual void move(Point p) { /* ... */ }
6438         virtual void redraw() { /* ... */ }
6440         // ...
6441     };
6443 Now `Shape` is a poor example of a class with an implementation,
6444 but bear with us because this is just a simple example of a technique aimed at more complex hierarchies.
6447     class Impl::Circle : public Circle, public Impl::Shape {   // implementation
6448     public:
6449         // constructors, destructor
6451         int radius() { /* ... */ }
6452         // ...
6453     };
6455 And we could extend the hierarchies by adding a Smiley class (:-)):
6457     class Smiley : public Circle { // pure interface
6458     public:
6459         // ...
6460     };
6462     class Impl::Smiley : Public Smiley, public Impl::Circle {   // implementation
6463     public:
6464         // constructors, destructor
6465         // ...
6466     }
6468 There are now two hierarchies:
6470 * interface: Smiley -> Circle -> Shape
6471 * implementation: Impl::Smiley -> Impl::Circle -> Impl::Shape
6473 Since each implementation derived from its interface as well as its implementation base class we get a lattice (DAG):
6475     Smiley     ->         Circle     ->  Shape
6476       ^                     ^               ^
6477       |                     |               |
6478     Impl::Smiley -> Impl::Circle -> Impl::Shape
6480 As mentioned, this is just one way to construct a dual hierarchy.
6482 Another (related) technique for separating interface and implementation is [PIMPL](#???).
6484 ##### Note
6486 There is often a choice between offering common functionality as (implemented) base class functions and free-standing functions
6487 (in an implementation namespace).
6488 Base classes gives a shorter notation and easier access to shared data (in the base)
6489 at the cost of the functionality being available only to users of the hierarchy.
6491 ##### Enforcement
6493 * Flag a derived to base conversion to a base with both data and virtual functions
6494 (except for calls from a derived class member to a base class member)
6495 * ???
6498 ### <a name="Rh-copy"></a>C.130: Redefine or prohibit copying for a base class; prefer a virtual `clone` function instead
6500 ##### Reason
6502 Copying a base is usually slicing. If you really need copy semantics, copy deeply: Provide a virtual `clone` function that will copy the actual most-derived type and return an owning pointer to the new object, and then in derived classes return the derived type (use a covariant return type).
6504 ##### Example
6506     class Base {
6507     public:
6508         virtual owner<Base*> clone() = 0;
6509         virtual ~Base() = 0;
6511         Base(const Base&) = delete;
6512         Base& operator=(const Base&) = delete;
6513     };
6515     class Derived : public Base {
6516     public:
6517         owner<Derived*> clone() override;
6518         virtual ~Derived() override;
6519     };
6521 Note that because of language rules, the covariant return type cannot be a smart pointer. See also [C.67](#Rc-copy-virtual).
6523 ##### Enforcement
6525 * Flag a class with a virtual function and a non-user-defined copy operation.
6526 * Flag an assignment of base class objects (objects of a class from which another has been derived).
6528 ### <a name="Rh-get"></a>C.131: Avoid trivial getters and setters
6530 ##### Reason
6532 A trivial getter or setter adds no semantic value; the data item could just as well be `public`.
6534 ##### Example
6536     class Point {   // Bad: verbose
6537         int x;
6538         int y;
6539     public:
6540         Point(int xx, int yy) : x{xx}, y{yy} { }
6541         int get_x() const { return x; }
6542         void set_x(int xx) { x = xx; }
6543         int get_y() const { return y; }
6544         void set_y(int yy) { y = yy; }
6545         // no behavioral member functions
6546     };
6548 Consider making such a class a `struct` -- that is, a behaviorless bunch of variables, all public data and no member functions.
6550     struct Point {
6551         int x {0};
6552         int y {0};
6553     };
6555 Note that we can put default initializers on member variables: [C.49: Prefer initialization to assignment in constructors](#Rc-initialize).
6557 ##### Note
6559 A getter or a setter that converts from an internal type to an interface type is not trivial (it provides a form of information hiding).
6561 ##### Enforcement
6563 Flag multiple `get` and `set` member functions that simply access a member without additional semantics.
6565 ### <a name="Rh-virtual"></a>C.132: Don't make a function `virtual` without reason
6567 ##### Reason
6569 Redundant `virtual` increases run-time and object-code size.
6570 A virtual function can be overridden and is thus open to mistakes in a derived class.
6571 A virtual function ensures code replication in a templated hierarchy.
6573 ##### Example, bad
6575     template<class T>
6576     class Vector {
6577     public:
6578         // ...
6579         virtual int size() const { return sz; }   // bad: what good could a derived class do?
6580     private:
6581         T* elem;   // the elements
6582         int sz;    // number of elements
6583     };
6585 This kind of "vector" isn't meant to be used as a base class at all.
6587 ##### Enforcement
6589 * Flag a class with virtual functions but no derived classes.
6590 * Flag a class where all member functions are virtual and have implementations.
6592 ### <a name="Rh-protected"></a>C.133: Avoid `protected` data
6594 ##### Reason
6596 `protected` data is a source of complexity and errors.
6597 `protected` data complicated the statement of invariants.
6598 `protected` data inherently violates the guidance against putting data in base classes, which usually leads to having to deal virtual inheritance as well.
6600 ##### Example
6602     ???
6604 ##### Note
6606 Protected member function can be just fine.
6608 ##### Enforcement
6610 Flag classes with `protected` data.
6612 ### <a name="Rh-public"></a>C.134: Ensure all non-`const` data members have the same access level
6614 ##### Reason
6616 Prevention of logical confusion leading to errors.
6617 If the non-`const` data members don't have the same access level, the type is confused about what it's trying to do.
6618 Is it a type that maintains an invariant or simply a collection of values?
6620 ##### Discussion
6622 The core question is: What code is responsible for maintaining a meaningful/correct value for that variable?
6624 There are exactly two kinds of data members:
6626 * A: Ones that don't participate in the object's invariant. Any combination of values for these members is valid.
6627 * 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.
6629 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.
6631 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.
6633 Most classes are either all A or all B:
6635 * *All public*: If you're writing an aggregate bundle-of-variables without an invariant across those variables, then all the variables should be `public`.
6636   [By convention, declare such classes `struct` rather than `class`](#Rc-struct)
6637 * *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.
6639 ##### Exception
6641 Occasionally classes will mix A and B, usually for debug reasons. An encapsulated object may contain something like non-`const` debug instrumentation that isn't part of the invariant and so falls into category A -- it isn't really part of the object's value or meaningful observable state either. In that case, the A parts should be treated as A's (made `public`, or in rarer cases `protected` if they should be visible only to derived classes) and the B parts should still be treated like B's (`private` or `const`).
6643 ##### Enforcement
6645 Flag any class that has non-`const` data members with different access levels.
6647 ### <a name="Rh-mi-interface"></a>C.135: Use multiple inheritance to represent multiple distinct interfaces
6649 ##### Reason
6651 Not all classes will necessarily support all interfaces, and not all callers will necessarily want to deal with all operations.
6652 Especially to break apart monolithic interfaces into "aspects" of behavior supported by a given derived class.
6654 ##### Example
6656     class iostream : public istream, public ostream {   // very simplified
6657         // ...
6658     };
6660 `istream` provides the interface to input operations; `ostream` provides the interface to output operations.
6661 `iostream` provides the union of the `istream` and `ostream` interfaces and the synchronization needed to allow both on a single stream. 
6663 ##### Note
6665 This is a very common use of inheritance because the need for multiple different interfaces to an implementation is common
6666 and such interfaces are often not easily or naturally organized into a single-rooted hierarchy.
6668 ##### Note
6670 Such interfaces are typically abstract classes.
6672 ##### Enforcement
6676 ### <a name="Rh-mi-implementation"></a>C.136: Use multiple inheritance to represent the union of implementation attributes
6678 ##### Reason
6680 Some forms of mixins have state and often operations on that state.
6681 If the operations are virtual the use of inheritance is necessary, if not using inheritance can avoid boilerplate and forwarding.
6683 ##### Example
6685       class iostream : public istream, public ostream {   // very simplified
6686         // ...
6687     };
6689 `istream` provides the interface to input operations (and some data); `ostream` provides the interface to output operations (and some data).
6690 `iostream` provides the union of the `istream` and `ostream` interfaces and the synchronization needed to allow both on a single stream. 
6692 ##### Note
6694 This a relatively rare use because implementation can often be organized into a single-rooted hierarchy.
6696 ##### Enforcement
6698 ??? 
6700 ### <a name="Rh-vbase"></a>C.137: Use `virtual` bases to avoid overly general base classes
6702 ##### Reason
6704  ???
6706 ##### Example
6708     ???
6710 ##### Note
6714 ##### Enforcement
6718 ### <a name="Rh-using"></a>C.138: Create an overload set for a derived class and its bases with `using`
6720 ##### Reason
6722 Without a using declaration, member functions in the derived class hide the entire inherited overload sets.
6724 ##### Example, bad
6726     #include <iostream>
6727     class B {
6728     public:
6729         virtual int f(int i) { std::cout << "f(int): "; return i; }
6730         virtual double f(double d) { std::cout << "f(double): "; return d; }
6731     };
6732     class D: public B {
6733     public:
6734         int f(int i) override { std::cout << "f(int): "; return i+1; }
6735     };
6736     int main()
6737     {
6738         D d;
6739         std::cout << d.f(2) << '\n';   // prints "f(int): 3"
6740         std::cout << d.f(2.3) << '\n'; // prints "f(int): 3"
6741     }
6743 ##### Example, good
6745     class D: public B {
6746     public:
6747         int f(int i) override { std::cout << "f(int): "; return i+1; }
6748         using B::f; // exposes f(double)
6749     };
6751 ##### Note
6753 This issue affects both virtual and non-virtual member functions
6755 For variadic bases, C++17 introduced a variadic form of the using-declaration,
6757     template <class... Ts>
6758     struct Overloader : Ts... {
6759         using Ts::operator()...; // exposes operator() from every base
6760     };
6762 ##### Enforcement
6764 Diagnose name hiding
6766 ### <a name="Rh-final"></a>C.139: Use `final` sparingly
6768 ##### Reason
6770 Capping a hierarchy with `final` is rarely needed for logical reasons and can be damaging to the extensibility of a hierarchy.
6771 Capping an individual virtual function with `final` is error-prone as that `final` can easily be overlooked when defining/overriding a set of functions.
6773 ##### Example, bad
6775     class Widget { /* ... */ };
6777     // nobody will ever want to improve My_widget (or so you thought)
6778     class My_widget final : public Widget { /* ... */ };
6780     class My_improved_widget : public My_widget { /* ... */ };  // error: can't do that
6782 ##### Example, bad
6784     struct Interface {
6785         virtual int f() = 0;
6786         virtual int g() = 0;
6787     };
6789     class My_implementation : public Interface {
6790         int f() override;
6791         int g() final;  // I want g() to be FAST!
6792         // ...
6793     };
6795     class Better_implementation : public My_implementation {
6796         int f();
6797         int g();
6798         // ...
6799     };
6801     void use(Interface* p)
6802     {
6803         int x = p->f();    // Better_implementation::f()
6804         int y = p->g();    // My_implementation::g() Surprise?
6805     }
6807     // ...
6809     use(new Better_implementation{});
6811 The problem is easy to see in a small example, but in a large hierarchy with many virtual functions, tools are required for reliably spotting such problems.
6812 Consistent use of `override` would catch this.
6814 ##### Note
6816 Claims of performance improvements from `final` should be substantiated.
6817 Too often, such claims are based on conjecture or experience with other languages.
6819 There are examples where `final` can be important for both logical and performance reasons.
6820 One example is a performance-critical AST hierarchy in a compiler or language analysis tool.
6821 New derived classes are not added every year and only by library implementers.
6822 However, misuses are (or at least have been) far more common.
6824 ##### Enforcement
6826 Flag uses of `final`.
6829 ## <a name="Rh-virtual-default-arg"></a>C.140: Do not provide different default arguments for a virtual function and an overrider
6831 ##### Reason
6833 That can cause confusion: An overrider does not inherit default arguments.
6835 ##### Example, bad
6837     class Base {
6838     public:
6839         virtual int multiply(int value, int factor = 2) = 0;
6840     };
6842     class Derived : public Base {
6843     public:
6844         int multiply(int value, int factor = 10) override;
6845     };
6847     Derived d;
6848     Base& b = d;
6850     b.multiply(10);  // these two calls will call the same function but
6851     d.multiply(10);  // with different arguments and so different results
6853 ##### Enforcement
6855 Flag default arguments on virtual functions if they differ between base and derived declarations.
6857 ## C.hier-access: Accessing objects in a hierarchy
6859 ### <a name="Rh-poly"></a>C.145: Access polymorphic objects through pointers and references
6861 ##### Reason
6863 If you have a class with a virtual function, you don't (in general) know which class provided the function to be used.
6865 ##### Example
6867     struct B { int a; virtual int f(); };
6868     struct D : B { int b; int f() override; };
6870     void use(B b)
6871     {
6872         D d;
6873         B b2 = d;   // slice
6874         B b3 = b;
6875     }
6877     void use2()
6878     {
6879         D d;
6880         use(d);   // slice
6881     }
6883 Both `d`s are sliced.
6885 ##### Exception
6887 You can safely access a named polymorphic object in the scope of its definition, just don't slice it.
6889     void use3()
6890     {
6891         D d;
6892         d.f();   // OK
6893     }
6895 ##### Enforcement
6897 Flag all slicing.
6899 ### <a name="Rh-dynamic_cast"></a>C.146: Use `dynamic_cast` where class hierarchy navigation is unavoidable
6901 ##### Reason
6903 `dynamic_cast` is checked at run time.
6905 ##### Example
6907     struct B {   // an interface
6908         virtual void f();
6909         virtual void g();
6910     };
6912     struct D : B {   // a wider interface
6913         void f() override;
6914         virtual void h();
6915     };
6917     void user(B* pb)
6918     {
6919         if (D* pd = dynamic_cast<D*>(pb)) {
6920             // ... use D's interface ...
6921         }
6922         else {
6923             // ... make do with B's interface ...
6924         }
6925     }
6927 ##### Note
6929 Like other casts, `dynamic_cast` is overused.
6930 [Prefer virtual functions to casting](#???).
6931 Prefer [static polymorphism](#???) to hierarchy navigation where it is possible (no run-time resolution necessary)
6932 and reasonably convenient.
6934 ##### Note
6936 Some people use `dynamic_cast` where a `typeid` would have been more appropriate;
6937 `dynamic_cast` is a general "is kind of" operation for discovering the best interface to an object,
6938 whereas `typeid` is a "give me the exact type of this object" operation to discover the actual type of an object.
6939 The latter is an inherently simpler operation that ought to be faster.
6940 The latter (`typeid`) is easily hand-crafted if necessary (e.g., if working on a system where RTTI is -- for some reason -- prohibited),
6941 the former (`dynamic_cast`) is far harder to implement correctly in general.
6943 Consider:
6945     struct B {
6946         const char * name {"B"};
6947         virtual const char* id() const { return name; }
6948         // ...
6949     };
6951     struct D : B {
6952         const char * name {"D"};
6953         const char* id() const override { return name; }
6954         // ...
6955     };
6957     void use()
6958     {
6959         B* pb1 = new B;
6960         B* pb2 = new D;
6962         cout << pb1->id(); // "B"
6963         cout << pb2->id(); // "D"
6965         if (pb1->id() == pb2->id()) // *pb1 is the same type as *pb2
6966         if (pb2->id() == "D") {         // looks innocent
6967             D* pd = static_cast<D*>(pb1);
6968             // ...
6969         }
6970         // ...
6971     }
6973 The result of `pb2->id() == "D"` is actually implementation defined.
6974 We added it to warn of the dangers of home-brew RTTI.
6975 This code may work as expected for years, just to fail on a new machine, new compiler, or a new linker that does not unify character literals.
6977 If you implement your own RTTI, be careful.
6979 ##### Exception
6981 If your implementation provided a really slow `dynamic_cast`, you may have to use a workaround.
6982 However, all workarounds that cannot be statically resolved involve explicit casting (typically `static_cast`) and are error-prone.
6983 You will basically be crafting your own special-purpose `dynamic_cast`.
6984 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)
6985 and that your use of `dynamic_cast` is really performance critical.
6987 We are of the opinion that current implementations of `dynamic_cast` are unnecessarily slow.
6988 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).
6989 However, compatibility makes changes difficult even if all agree that an effort to optimize is worthwhile.
6991 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.
6993 ##### Enforcement
6995 Flag all uses of `static_cast` for downcasts, including C-style casts that perform a `static_cast`.
6997 ### <a name="Rh-ptr-cast"></a>C.147: Use `dynamic_cast` to a reference type when failure to find the required class is considered an error
6999 ##### Reason
7001 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.
7003 ##### Example
7005     ???
7007 ##### Enforcement
7011 ### <a name="Rh-ref-cast"></a>C.148: Use `dynamic_cast` to a pointer type when failure to find the required class is considered a valid alternative
7013 ##### Reason
7017 ##### Example
7019     ???
7021 ##### Enforcement
7025 ### <a name="Rh-smart"></a>C.149: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to avoid forgetting to `delete` objects created using `new`
7027 ##### Reason
7029 Avoid resource leaks.
7031 ##### Example
7033     void use(int i)
7034     {
7035         auto p = new int {7};           // bad: initialize local pointers with new
7036         auto q = make_unique<int>(9);   // ok: guarantee the release of the memory allocated for 9
7037         if (0 < i) return;              // maybe return and leak
7038         delete p;                       // too late
7039     }
7041 ##### Enforcement
7043 * Flag initialization of a naked pointer with the result of a `new`
7044 * Flag `delete` of local variable
7046 ### <a name="Rh-make_unique"></a>C.150: Use `make_unique()` to construct objects owned by `unique_ptr`s
7048 ##### Reason
7050  `make_unique` gives a more concise statement of the construction.
7051 It also ensures exception safety in complex expressions.
7053 ##### Example
7055     unique_ptr<Foo> p {new<Foo>{7}};   // OK: but repetitive
7057     auto q = make_unique<Foo>(7);      // Better: no repetition of Foo
7059     // Not exception-safe: the compiler may interleave the computations of arguments as follows:
7060     //
7061     // 1. allocate memory for Foo,
7062     // 2. construct Foo,
7063     // 3. call bar,
7064     // 4. construct unique_ptr<Foo>.
7065     //
7066     // If bar throws, Foo will not be destroyed, and the memory allocated for it will leak.
7067     f(unique_ptr<Foo>(new Foo()), bar());
7069     // Exception-safe: calls to functions are never interleaved.
7070     f(make_unique<Foo>(), bar());
7072 ##### Enforcement
7074 * Flag the repetitive usage of template specialization list `<Foo>`
7075 * Flag variables declared to be `unique_ptr<Foo>`
7077 ### <a name="Rh-make_shared"></a>C.151: Use `make_shared()` to construct objects owned by `shared_ptr`s
7079 ##### Reason
7081  `make_shared` gives a more concise statement of the construction.
7082 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.
7084 ##### Example
7086     // OK: but repetitive; and separate allocations for the Foo and shared_ptr's use count
7087     shared_ptr<Foo> p {new<Foo>{7}};
7089     auto q = make_shared<Foo>(7);   // Better: no repetition of Foo; one object
7091 ##### Enforcement
7093 * Flag the repetitive usage of template specialization list`<Foo>`
7094 * Flag variables declared to be `shared_ptr<Foo>`
7096 ### <a name="Rh-array"></a>C.152: Never assign a pointer to an array of derived class objects to a pointer to its base
7098 ##### Reason
7100 Subscripting the resulting base pointer will lead to invalid object access and probably to memory corruption.
7102 ##### Example
7104     struct B { int x; };
7105     struct D : B { int y; };
7107     void use(B*);
7109     D a[] = {{1, 2}, {3, 4}, {5, 6}};
7110     B* p = a;     // bad: a decays to &a[0] which is converted to a B*
7111     p[1].x = 7;   // overwrite D[0].y
7113     use(a);       // bad: a decays to &a[0] which is converted to a B*
7115 ##### Enforcement
7117 * Flag all combinations of array decay and base to derived conversions.
7118 * 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`
7120 ## <a name="SS-overload"></a>C.over: Overloading and overloaded operators
7122 You can overload ordinary functions, template functions, and operators.
7123 You cannot overload function objects.
7125 Overload rule summary:
7127 * [C.160: Define operators primarily to mimic conventional usage](#Ro-conventional)
7128 * [C.161: Use nonmember functions for symmetric operators](#Ro-symmetric)
7129 * [C.162: Overload operations that are roughly equivalent](#Ro-equivalent)
7130 * [C.163: Overload only for operations that are roughly equivalent](#Ro-equivalent-2)
7131 * [C.164: Avoid conversion operators](#Ro-conversion)
7132 * [C.165: Use `using` for customization points](#Ro-custom)
7133 * [C.166: Overload unary `&` only as part of a system of smart pointers and references](#Ro-address-of)
7134 * [C.167: Use an operator for an operation with its conventional meaning](#Ro-overload)
7135 * [C.168: Define overloaded operators in the namespace of their operands](#Ro-namespace)
7136 * [C.170: If you feel like overloading a lambda, use a generic lambda](#Ro-lambda)
7138 ### <a name="Ro-conventional"></a>C.160: Define operators primarily to mimic conventional usage
7140 ##### Reason
7142 Minimize surprises.
7144 ##### Example
7146     class X {
7147     public:
7148         // ...
7149         X& operator=(const X&); // member function defining assignment
7150         friend bool operator==(const X&, const X&); // == needs access to representation
7151                                                     // after a = b we have a == b
7152         // ...
7153     };
7155 Here, the conventional semantics is maintained: [Copies compare equal](#SS-copy).
7157 ##### Example, bad
7159     X operator+(X a, X b) { return a.v - b.v; }   // bad: makes + subtract
7161 ##### Note
7163 Non-member operators should be either friends or defined in [the same namespace as their operands](#Ro-namespace).
7164 [Binary operators should treat their operands equivalently](#Ro-symmetric).
7166 ##### Enforcement
7168 Possibly impossible.
7170 ### <a name="Ro-symmetric"></a>C.161: Use nonmember functions for symmetric operators
7172 ##### Reason
7174 If you use member functions, you need two.
7175 Unless you use a non-member function for (say) `==`, `a == b` and `b == a` will be subtly different.
7177 ##### Example
7179     bool operator==(Point a, Point b) { return a.x == b.x && a.y == b.y; }
7181 ##### Enforcement
7183 Flag member operator functions.
7185 ### <a name="Ro-equivalent"></a>C.162: Overload operations that are roughly equivalent
7187 ##### Reason
7189 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.
7191 ##### Example
7193 Consider:
7195     void print(int a);
7196     void print(int a, int base);
7197     void print(const string&);
7199 These three functions all print their arguments (appropriately). Conversely:
7201     void print_int(int a);
7202     void print_based(int a, int base);
7203     void print_string(const string&);
7205 These three functions all print their arguments (appropriately). Adding to the name just introduced verbosity and inhibits generic code.
7207 ##### Enforcement
7211 ### <a name="Ro-equivalent-2"></a>C.163: Overload only for operations that are roughly equivalent
7213 ##### Reason
7215 Having the same name for logically different functions is confusing and leads to errors when using generic programming.
7217 ##### Example
7219 Consider:
7221     void open_gate(Gate& g);   // remove obstacle from garage exit lane
7222     void fopen(const char* name, const char* mode);   // open file
7224 The two operations are fundamentally different (and unrelated) so it is good that their names differ. Conversely:
7226     void open(Gate& g);   // remove obstacle from garage exit lane
7227     void open(const char* name, const char* mode ="r");   // open file
7229 The two operations are still fundamentally different (and unrelated) but the names have been reduced to their (common) minimum, opening opportunities for confusion.
7230 Fortunately, the type system will catch many such mistakes.
7232 ##### Note
7234 Be particularly careful about common and popular names, such as `open`, `move`, `+`, and `==`.
7236 ##### Enforcement
7240 ### <a name="Ro-conversion"></a>C.164: Avoid conversion operators
7242 ##### Reason
7244 Implicit conversions can be essential (e.g., `double` to `int`) but often cause surprises (e.g., `String` to C-style string).
7246 ##### Note
7248 Prefer explicitly named conversions until a serious need is demonstrated.
7249 By "serious need" we mean a reason that is fundamental in the application domain (such as an integer to complex number conversion)
7250 and frequently needed. Do not introduce implicit conversions (through conversion operators or non-`explicit` constructors)
7251 just to gain a minor convenience.
7253 ##### Example, bad
7255     class String {   // handle ownership and access to a sequence of characters
7256         // ...
7257         String(czstring p); // copy from *p to *(this->elem)
7258         // ...
7259         operator zstring() { return elem; }
7260         // ...
7261     };
7263     void user(zstring p)
7264     {
7265         if (*p == "") {
7266             String s {"Trouble ahead!"};
7267             // ...
7268             p = s;
7269         }
7270         // use p
7271     }
7273 The string allocated for `s` and assigned to `p` is destroyed before it can be used.
7275 ##### Enforcement
7277 Flag all conversion operators.
7279 ### <a name="Ro-custom"></a>C.165: Use `using` for customization points
7281 ##### Reason
7283 To find function objects and functions defined in a separate namespace to "customize" a common function.
7285 ##### Example
7287 Consider `swap`. It is a general (standard library) function with a definition that will work for just about any type.
7288 However, it is desirable to define specific `swap()`s for specific types.
7289 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.
7291     namespace N {
7292         My_type X { /* ... */ };
7293         void swap(X&, X&);   // optimized swap for N::X
7294         // ...
7295     }
7297     void f1(N::X& a, N::X& b)
7298     {
7299         std::swap(a, b);   // probably not what we wanted: calls std::swap()
7300     }
7302 The `std::swap()` in `f1()` does exactly what we asked it to do: it calls the `swap()` in namespace `std`.
7303 Unfortunately, that's probably not what we wanted.
7304 How do we get `N::X` considered?
7306     void f2(N::X& a, N::X& b)
7307     {
7308         swap(a, b);   // calls N::swap
7309     }
7311 But that may not be what we wanted for generic code.
7312 There, we typically want the specific function if it exists and the general function if not.
7313 This is done by including the general function in the lookup for the function:
7315     void f3(N::X& a, N::X& b)
7316     {
7317         using std::swap;  // make std::swap available
7318         swap(a, b);        // calls N::swap if it exists, otherwise std::swap
7319     }
7321 ##### Enforcement
7323 Unlikely, except for known customization points, such as `swap`.
7324 The problem is that the unqualified and qualified lookups both have uses.
7326 ### <a name="Ro-address-of"></a>C.166: Overload unary `&` only as part of a system of smart pointers and references
7328 ##### Reason
7330 The `&` operator is fundamental in C++.
7331 Many parts of the C++ semantics assumes its default meaning.
7333 ##### Example
7335     class Ptr { // a somewhat smart pointer
7336         Ptr(X* pp) :p(pp) { /* check */ }
7337         X* operator->() { /* check */ return p; }
7338         X operator[](int i);
7339         X operator*();
7340     private:
7341         T* p;
7342     };
7344     class X {
7345         Ptr operator&() { return Ptr{this}; }
7346         // ...
7347     };
7349 ##### Note
7351 If you "mess with" operator `&` be sure that its definition has matching meanings for `->`, `[]`, `*`, and `.` on the result type.
7352 Note that operator `.` currently cannot be overloaded so a perfect system is impossible.
7353 We hope to remedy that: <http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4477.pdf>.
7354 Note that `std::addressof()` always yields a built-in pointer.
7356 ##### Enforcement
7358 Tricky. Warn if `&` is user-defined without also defining `->` for the result type.
7360 ### <a name="Ro-namespace"></a>C.168: Define overloaded operators in the namespace of their operands
7362 ##### Reason
7364 Readability.
7365 Ability for find operators using ADL.
7366 Avoiding inconsistent definition in different namespaces
7368 ##### Example
7370     struct S { };
7371     bool operator==(S, S);   // OK: in the same namespace as S, and even next to S
7372     S s;
7374     bool x = (s == s);
7376 This is what a default `==` would do, if we had such defaults.
7378 ##### Example
7380     namespace N {
7381         struct S { };
7382         bool operator==(S, S);   // OK: in the same namespace as S, and even next to S
7383     }
7385     N::S s;
7387     bool x = (s == s);  // finds N::operator==() by ADL
7389 ##### Example, bad
7391     struct S { };
7392     S s;
7394     namespace N {
7395         S::operator!(S a) { return true; }
7396         S not_s = !s;
7397     }
7399     namespace M {
7400         S::operator!(S a) { return false; }
7401         S not_s = !s;
7402     }
7404 Here, the meaning of `!s` differs in `N` and `M`.
7405 This can be most confusing.
7406 Remove the definition of `namespace M` and the confusion is replaced by an opportunity to make the mistake.
7408 ##### Note
7410 If a binary operator is defined for two types that are defined in different namespaces, you cannot follow this rule.
7411 For example:
7413     Vec::Vector operator*(const Vec::Vector&, const Mat::Matrix&);
7415 This may be something best avoided.
7417 ##### See also
7419 This is a special case of the rule that [helper functions should be defined in the same namespace as their class](#Rc-helper).
7421 ##### Enforcement
7423 * Flag operator definitions that are not it the namespace of their operands
7425 ### <a name="Ro-overload"></a>C.167: Use an operator for an operation with its conventional meaning
7427 ##### Reason
7429 Readability. Convention. Reusability. Support for generic code
7431 ##### Example
7433     void cout_my_class(const My_class& c) // confusing, not conventional,not generic
7434     {
7435         std::cout << /* class members here */;
7436     }
7438     std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const my_class& c) // OK
7439     {
7440         return os << /* class members here */;
7441     }
7443 By itself, `cout_my_class` would be OK, but it is not usable/composable with code that rely on the `<<` convention for output:
7445     My_class var { /* ... */ };
7446     // ...
7447     cout << "var = " << var << '\n';
7449 ##### Note
7451 There are strong and vigorous conventions for the meaning most operators, such as
7453 * comparisons (`==`, `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`),
7454 * arithmetic operations (`+`, `-`, `*`, `/`, and `%`)
7455 * access operations (`.`, `->`, unary `*`, and `[]`)
7456 * assignment (`=`)
7458 Don't define those unconventionally and don't invent your own names for them.
7460 ##### Enforcement
7462 Tricky. Requires semantic insight.
7464 ### <a name="Ro-lambda"></a>C.170: If you feel like overloading a lambda, use a generic lambda
7466 ##### Reason
7468 You cannot overload by defining two different lambdas with the same name.
7470 ##### Example
7472     void f(int);
7473     void f(double);
7474     auto f = [](char);   // error: cannot overload variable and function
7476     auto g = [](int) { /* ... */ };
7477     auto g = [](double) { /* ... */ };   // error: cannot overload variables
7479     auto h = [](auto) { /* ... */ };   // OK
7481 ##### Enforcement
7483 The compiler catches the attempt to overload a lambda.
7485 ## <a name="SS-union"></a>C.union: Unions
7487 A `union` is a `struct` where all members start at the same address so that it can hold only one member at a time.
7488 A `union` does not keep track of which member is stored so the programmer has to get it right;
7489 this is inherently error-prone, but there are ways to compensate.
7491 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*.
7493 Union rule summary:
7495 * [C.180: Use `union`s to save Memory](#Ru-union)
7496 * [C.181: Avoid "naked" `union`s](#Ru-naked)
7497 * [C.182: Use anonymous `union`s to implement tagged unions](#Ru-anonymous)
7498 * [C.183: Don't use a `union` for type punning](#Ru-pun)
7499 * ???
7501 ### <a name="Ru-union"></a>C.180: Use `union`s to save memory
7503 ##### Reason
7505 A `union` allows a single piece of memory to be used for different types of objects at different times.
7506 Consequently, it can be used to save memory when we have several objects that are never used at the same time.
7508 ##### Example
7510     union Value {
7511         int x;
7512         double d;
7513     };
7515     Value v = { 123 };  // now v holds an int
7516     cout << v.x << '\n';    // write 123
7517     v.d = 987.654;  // now v holds a double
7518     cout << v.d << '\n';    // write 987.654
7520 But heed the warning: [Avoid "naked" `union`s](#Ru-naked)
7522 ##### Example
7524     // Short-string optimization
7526     constexpr size_t buffer_size = 16; // Slightly larger than the size of a pointer
7528     class Immutable_string {
7529     public:
7530         Immutable_string(const char* str) :
7531             size(strlen(str))
7532         {
7533             if (size < buffer_size)
7534                 strcpy_s(string_buffer, buffer_size, str);
7535             else {
7536                 string_ptr = new char[size + 1];
7537                 strcpy_s(string_ptr, size + 1, str);
7538             }
7539         }
7541         ~Immutable_string()
7542         {
7543             if (size >= buffer_size)
7544                 delete string_ptr;
7545         }
7547         const char* get_str() const
7548         {
7549             return (size < buffer_size) ? string_buffer : string_ptr;
7550         }
7552     private:
7553         // If the string is short enough, we store the string itself
7554         // instead of a pointer to the string.
7555         union {
7556             char* string_ptr;
7557             char string_buffer[buffer_size];
7558         };
7560         const size_t size;
7561     };
7563 ##### Enforcement
7567 ### <a name="Ru-naked"></a>C.181: Avoid "naked" `union`s
7569 ##### Reason
7571 A *naked union* is a union without an associated indicator which member (if any) it holds,
7572 so that the programmer has to keep track.
7573 Naked unions are a source of type errors.
7575 ###### Example, bad
7577     union Value {
7578         int x;
7579         double d;
7580     };
7582     Value v;
7583     v.d = 987.654;  // v holds a double
7585 So far, so good, but we can easily misuse the `union`:
7587     cout << v.x << '\n';    // BAD, undefined behavior: v holds a double, but we read it as an int
7589 Note that the type error happened without any explicit cast.
7590 When we tested that program the last value printed was `1683627180` which it the integer value for the bit pattern for `987.654`.
7591 What we have here is an "invisible" type error that happens to give a result that could easily look innocent.
7593 And, talking about "invisible", this code produced no output:
7595     v.x = 123;
7596     cout << v.d << '\n';    // BAD: undefined behavior
7598 ###### Alternative
7600 Wrap a `union` in a class together with a type field.
7602 The soon-to-be-standard `variant` type (to be found in `<variant>`) does that for you:
7604     variant<int, double> v;
7605     v = 123;        // v holds an int
7606     int x = get<int>(v);
7607     v = 123.456;    // v holds a double
7608     w = get<double>(v);
7610 ##### Enforcement
7614 ### <a name="Ru-anonymous"></a>C.182: Use anonymous `union`s to implement tagged unions
7616 ##### Reason
7618 A well-designed tagged union is type safe.
7619 An *anonymous* union simplifies the definition of a class with a (tag, union) pair.
7621 ##### Example
7623 This example is mostly borrowed from TC++PL4 pp216-218.
7624 You can look there for an explanation.
7626 The code is somewhat elaborate.
7627 Handling a type with user-defined assignment and destructor is tricky.
7628 Saving programmers from having to write such code is one reason for including `variant` in the standard.
7630     class Value { // two alternative representations represented as a union
7631     private:
7632         enum class Tag { number, text };
7633         Tag type; // discriminant
7635         union { // representation (note: anonymous union)
7636             int i;
7637             string s; // string has default constructor, copy operations, and destructor
7638         };
7639     public:
7640         struct Bad_entry { }; // used for exceptions
7642         ~Value();
7643         Value& operator=(const Value&);   // necessary because of the string variant
7644         Value(const Value&);
7645         // ...
7646         int number() const;
7647         string text() const;
7649         void set_number(int n);
7650         void set_text(const string&);
7651         // ...
7652     };
7654     int Value::number() const
7655     {
7656         if (type != Tag::number) throw Bad_entry{};
7657         return i;
7658     }
7660     string Value::text() const
7661     {
7662         if (type != Tag::text) throw Bad_entry{};
7663         return s;
7664     }
7666     void Value::set_number(int n)
7667     {
7668         if (type == Tag::text) {
7669             s.~string();      // explicitly destroy string
7670             type = Tag::number;
7671         }
7672         i = n;
7673     }
7675     void Value::set_text(const string& ss)
7676     {
7677         if (type == Tag::text)
7678             s = ss;
7679         else {
7680             new(&s) string{ss};   // placement new: explicitly construct string
7681             type = Tag::text;
7682         }
7683     }
7685     Value& Value::operator=(const Value& e)   // necessary because of the string variant
7686     {
7687         if (type == Tag::text && e.type == Tag::text) {
7688             s = e.s;    // usual string assignment
7689             return *this;
7690         }
7692         if (type == Tag::text) s.~string(); // explicit destroy
7694         switch (e.type) {
7695         case Tag::number:
7696             i = e.i;
7697             break;
7698         case Tag::text:
7699             new(&s)(e.s);   // placement new: explicit construct
7700             type = e.type;
7701         }
7703         return *this;
7704     }
7706     Value::~Value()
7707     {
7708         if (type == Tag::text) s.~string(); // explicit destroy
7709     }
7711 ##### Enforcement
7715 ### <a name="Ru-pun"></a>C.183: Don't use a `union` for type punning
7717 ##### Reason
7719 It is undefined behavior to read a `union` member with a different type from the one with which it was written.
7720 Such punning is invisible, or at least harder to spot than using a named cast.
7721 Type punning using a `union` is a source of errors.
7723 ##### Example, bad
7725     union Pun {
7726         int x;
7727         unsigned char c[sizeof(int)];
7728     };
7730 The idea of `Pun` is to be able to look at the character representation of an `int`.
7732     void bad(Pun& u)
7733     {
7734         u.x = 'x';
7735         cout << u.c[0] << '\n';     // undefined behavior
7736     }
7738 If you wanted to see the bytes of an `int`, use a (named) cast:
7740     void if_you_must_pun(int& x)
7741     {
7742         auto p = reinterpret_cast<unsigned char*>(&x);
7743         cout << p[0] << '\n';     // undefined behavior
7744         // ...
7745     }
7747 Accessing the result of an `reinterpret_cast` to a different type from the objects declared type is still undefined behavior,
7748 but at least we can see that something tricky is going on.
7750 ##### Note
7752 Unfortunately, `union`s are commonly used for type punning.
7753 We don't consider "sometimes, it works as expected" a strong argument.
7755 ##### Enforcement
7761 # <a name="S-enum"></a>Enum: Enumerations
7763 Enumerations are used to define sets of integer values and for defining types for such sets of values.
7764 There are two kind of enumerations, "plain" `enum`s and `class enum`s.
7766 Enumeration rule summary:
7768 * [Enum.1: Prefer enumerations over macros](#Renum-macro)
7769 * [Enum.2: Use enumerations to represent sets of related named constants](#Renum-set)
7770 * [Enum.3: Prefer `enum class`es over "plain" `enum`s](#Renum-class)
7771 * [Enum.4: Define operations on enumerations for safe and simple use](#Renum-oper)
7772 * [Enum.5: Don't use `ALL_CAPS` for enumerators](#Renum-caps)
7773 * [Enum.6: Avoid unnamed enumerations](#Renum-unnamed)
7774 * [Enum.7: Specify the underlying type of an enumeration only when necessary](#Renum-underlying)
7775 * [Enum.8: Specify enumerator values only when necessary](#Renum-value)
7777 ### <a name="Renum-macro"></a>Enum.1: Prefer enumerations over macros
7779 ##### Reason
7781 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.
7783 ##### Example
7785 First some bad old code:
7787     // webcolors.h (third party header)
7788     #define RED   0xFF0000
7789     #define GREEN 0x00FF00
7790     #define BLUE  0x0000FF
7792     // productinfo.h
7793     // The following define product subtypes based on color
7794     #define RED    0
7795     #define PURPLE 1
7796     #define BLUE   2
7798     int webby = BLUE;   // webby == 2; probably not what was desired
7800 Instead use an `enum`:
7802     enum class Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
7803     enum class Product_info { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
7805     int webby = blue;   // error: be specific
7806     Web_color webby = Web_color::blue;
7808 We used an `enum class` to avoid name clashes.
7810 ##### Enforcement
7812 Flag macros that define integer values.
7815 ### <a name="Renum-set"></a>Enum.2: Use enumerations to represent sets of related named constants
7817 ##### Reason
7819 An enumeration shows the enumerators to be related and can be a named type.
7823 ##### Example
7825     enum class Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
7828 ##### Note
7830 Switching on an enumeration is common and the compiler can warn against unusual patterns of case labels. For example:
7832     enum class Product_info { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
7834     void print(Product_info inf)
7835     {
7836         switch (inf) {
7837         case Product_info::red: cout << "red"; break;
7838         case Product_info::purple: cout << "purple"; break;
7839         }
7840     }
7842 Such off-by-one switch`statements are often the results of an added enumerator and insufficient testing.
7844 ##### Enforcement
7846 * Flag `switch`-statements where the `case`s cover most but not all enumerators of an enumeration.
7847 * Flag `switch`-statements where the `case`s cover a few enumerators of an enumeration, but has no `default`.
7850 ### <a name="Renum-class"></a>Enum.3: Prefer class enums over "plain" enums
7852 ##### Reason
7854 To minimize surprises: traditional enums convert to int too readily.
7856 ##### Example
7858     void Print_color(int color);
7860     enum Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
7861     enum Product_info { Red = 0, Purple = 1, Blue = 2 };
7863     Web_color webby = Web_color::blue;
7865     // Clearly at least one of these calls is buggy.
7866     Print_color(webby);
7867     Print_color(Product_info::Blue);
7869 Instead use an `enum class`:
7871     void Print_color(int color);
7873     enum class Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
7874     enum class Product_info { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
7876     Web_color webby = Web_color::blue;
7877     Print_color(webby);  // Error: cannot convert Web_color to int.
7878     Print_color(Product_info::Red);  // Error: cannot convert Product_info to int.
7880 ##### Enforcement
7882 (Simple) Warn on any non-class `enum` definition.
7884 ### <a name="Renum-oper"></a>Enum.4: Define operations on enumerations for safe and simple use
7886 ##### Reason
7888 Convenience of use and avoidance of errors.
7890 ##### Example
7892     enum class Day { mon, tue, wed, thu, fri, sat, sun };
7894     Day operator++(Day& d)
7895     {
7896         return d == Day::sun ? Day::mon : Day{++d};
7897     }
7899     Day today = Day::sat;
7900     Day tomorrow = ++today;
7902 ##### Enforcement
7904 Flag repeated expressions cast back into an enumeration.
7907 ### <a name="Renum-caps"></a>Enum.5: Don't use `ALL_CAPS` for enumerators
7909 ##### Reason
7911 Avoid clashes with macros.
7913 ##### Example, bad
7915      // webcolors.h (third party header)
7916     #define RED   0xFF0000
7917     #define GREEN 0x00FF00
7918     #define BLUE  0x0000FF
7920     // productinfo.h
7921     // The following define product subtypes based on color
7923     enum class Product_info { RED, PURPLE, BLUE };   // syntax error
7925 ##### Enforcement
7927 Flag ALL_CAPS enumerators.
7929 ### <a name="Renum-unnamed"></a>Enum.6: Avoid unnamed enumerations
7931 ##### Reason
7933 If you can't name an enumeration, the values are not related
7935 ##### Example, bad
7937     enum { red = 0xFF0000, scale = 4, is_signed = 1 };
7939 Such code is not uncommon in code written before there were convenient alternative ways of specifying integer constants.
7941 ##### Alternative
7943 Use `constexpr` values instead. For example:
7945     constexpr int red = 0xFF0000;
7946     constexpr short scale = 4;
7947     constexpr bool is_signed = true;
7949 ##### Enforcement
7951 Flag unnamed enumerations.
7954 ### <a name="Renum-underlying"></a>Enum.7: Specify the underlying type of an enumeration only when necessary
7956 ##### Reason
7958 The default is the easiest to read and write.
7959 `int` is the default integer type.
7960 `int` is compatible with C `enum`s.
7962 ##### Example
7964     enum class Direction : char { n, s, e, w,
7965                                   ne, nw, se, sw };  // underlying type saves space
7967     enum class Web_color : int { red   = 0xFF0000,
7968                                  green = 0x00FF00,
7969                                  blue  = 0x0000FF };  // underlying type is redundant
7971 ##### Note
7973 Specifying the underlying type is necessary in forward declarations of enumerations:
7975     enum Flags : char;
7977     void f(Flags);
7979     // ....
7981     enum flags : char { /* ... */ };
7984 ##### Enforcement
7986 ????
7989 ### <a name="Renum-value"></a>Enum.8: Specify enumerator values only when necessary
7991 ##### Reason
7993 It's the simplest.
7994 It avoids duplicate enumerator values.
7995 The default gives a consecutive set of values that is good for `switch`-statement implementations.
7997 ##### Example
7999     enum class Col1 { red, yellow, blue };
8000     enum class Col2 { red = 1, yellow = 2, blue = 2 }; // typo
8001     enum class Month { jan = 1, feb, mar, apr, may, jun,
8002                        jul, august, sep, oct, nov, dec }; // starting with 1 is conventional
8003     enum class Base_flag { dec = 1, oct = dec << 1, hex = dec << 2 }; // set of bits
8005 Specifying values is necessary to match conventional values (e.g., `Month`)
8006 and where consecutive values are undesirable (e.g., to get separate bits as in `Base_flag`).
8008 ##### Enforcement
8010 * Flag duplicate enumerator values
8011 * Flag explicitly specified all-consecutive enumerator values
8014 # <a name="S-resource"></a>R: Resource management
8016 This section contains rules related to resources.
8017 A resource is anything that must be acquired and (explicitly or implicitly) released, such as memory, file handles, sockets, and locks.
8018 The reason it must be released is typically that it can be in short supply, so even delayed release may do harm.
8019 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.
8020 An entity that is responsible for releasing a resource is called an owner.
8022 There are a few cases where leaks can be acceptable or even optimal:
8023 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.
8024 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.
8025 Here, we ignore such cases.
8027 * Resource management rule summary:
8029   * [R.1: Manage resources automatically using resource handles and RAII (Resource Acquisition Is Initialization)](#Rr-raii)
8030   * [R.2: In interfaces, use raw pointers to denote individual objects (only)](#Rr-use-ptr)
8031   * [R.3: A raw pointer (a `T*`) is non-owning](#Rr-ptr)
8032   * [R.4: A raw reference (a `T&`) is non-owning](#Rr-ref)
8033   * [R.5: Prefer scoped objects, don't heap-allocate unnecessarily](#Rr-scoped)
8034   * [R.6: Avoid non-`const` global variables](#Rr-global)
8036 * Allocation and deallocation rule summary:
8038   * [R.10: Avoid `malloc()` and `free()`](#Rr-mallocfree)
8039   * [R.11: Avoid calling `new` and `delete` explicitly](#Rr-newdelete)
8040   * [R.12: Immediately give the result of an explicit resource allocation to a manager object](#Rr-immediate-alloc)
8041   * [R.13: Perform at most one explicit resource allocation in a single expression statement](#Rr-single-alloc)
8042   * [R.14: ??? array vs. pointer parameter](#Rr-ap)
8043   * [R.15: Always overload matched allocation/deallocation pairs](#Rr-pair)
8045 * <a name="Rr-summary-smartptrs"></a>Smart pointer rule summary:
8047   * [R.20: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to represent ownership](#Rr-owner)
8048   * [R.21: Prefer `unique_ptr` over `shared_ptr` unless you need to share ownership](#Rr-unique)
8049   * [R.22: Use `make_shared()` to make `shared_ptr`s](#Rr-make_shared)
8050   * [R.23: Use `make_unique()` to make `unique_ptr`s](#Rr-make_unique)
8051   * [R.24: Use `std::weak_ptr` to break cycles of `shared_ptr`s](#Rr-weak_ptr)
8052   * [R.30: Take smart pointers as parameters only to explicitly express lifetime semantics](#Rr-smartptrparam)
8053   * [R.31: If you have non-`std` smart pointers, follow the basic pattern from `std`](#Rr-smart)
8054   * [R.32: Take a `unique_ptr<widget>` parameter to express that a function assumes ownership of a `widget`](#Rr-uniqueptrparam)
8055   * [R.33: Take a `unique_ptr<widget>&` parameter to express that a function reseats the `widget`](#Rr-reseat)
8056   * [R.34: Take a `shared_ptr<widget>` parameter to express that a function is part owner](#Rr-sharedptrparam-owner)
8057   * [R.35: Take a `shared_ptr<widget>&` parameter to express that a function might reseat the shared pointer](#Rr-sharedptrparam)
8058   * [R.36: Take a `const shared_ptr<widget>&` parameter to express that it might retain a reference count to the object ???](#Rr-sharedptrparam-const)
8059   * [R.37: Do not pass a pointer or reference obtained from an aliased smart pointer](#Rr-smartptrget)
8061 ### <a name="Rr-raii"></a>R.1: Manage resources automatically using resource handles and RAII (Resource Acquisition Is Initialization)
8063 ##### Reason
8065 To avoid leaks and the complexity of manual resource management.
8066 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`.
8067 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.
8069 ##### Example, bad
8071 Consider:
8073     void send(X* x, cstring_span destination)
8074     {
8075         auto port = open_port(destination);
8076         my_mutex.lock();
8077         // ...
8078         send(port, x);
8079         // ...
8080         my_mutex.unlock();
8081         close_port(port);
8082         delete x;
8083     }
8085 In this code, you have to remember to `unlock`, `close_port`, and `delete` on all paths, and do each exactly once.
8086 Further, if any of the code marked `...` throws an exception, then `x` is leaked and `my_mutex` remains locked.
8088 ##### Example
8090 Consider:
8092     void send(unique_ptr<X> x, cstring_span destination)  // x owns the X
8093     {
8094         Port port{destination};            // port owns the PortHandle
8095         lock_guard<mutex> guard{my_mutex}; // guard owns the lock
8096         // ...
8097         send(port, x);
8098         // ...
8099     } // automatically unlocks my_mutex and deletes the pointer in x
8101 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.
8103 What is `Port`? A handy wrapper that encapsulates the resource:
8105     class Port {
8106         PortHandle port;
8107     public:
8108         Port(cstring_span destination) : port{open_port(destination)} { }
8109         ~Port() { close_port(port); }
8110         operator PortHandle() { return port; }
8112         // port handles can't usually be cloned, so disable copying and assignment if necessary
8113         Port(const Port&) = delete;
8114         Port& operator=(const Port&) = delete;
8115     };
8117 ##### Note
8119 Where a resource is "ill-behaved" in that it isn't represented as a class with a destructor, wrap it in a class or use [`finally`](#S-gsl)
8121 **See also**: [RAII](#Rr-raii).
8123 ### <a name="Rr-use-ptr"></a>R.2: In interfaces, use raw pointers to denote individual objects (only)
8125 ##### Reason
8127 Arrays are best represented by a container type (e.g., `vector` (owning)) or a `span` (non-owning).
8128 Such containers and views hold sufficient information to do range checking.
8130 ##### Example, bad
8132     void f(int* p, int n)   // n is the number of elements in p[]
8133     {
8134         // ...
8135         p[2] = 7;   // bad: subscript raw pointer
8136         // ...
8137     }
8139 The compiler does not read comments, and without reading other code you do not know whether `p` really points to `n` elements.
8140 Use a `span` instead.
8142 ##### Example
8144     void g(int* p, int fmt)   // print *p using format #fmt
8145     {
8146         // ... uses *p and p[0] only ...
8147     }
8149 ##### Exception
8151 C-style strings are passed as single pointers to a zero-terminated sequence of characters.
8152 Use `zstring` rather than `char*` to indicate that you rely on that convention.
8154 ##### Note
8156 Many current uses of pointers to a single element could be references.
8157 However, where `nullptr` is a possible value, a reference may not be an reasonable alternative.
8159 ##### Enforcement
8161 * Flag pointer arithmetic (including `++`) on a pointer that is not part of a container, view, or iterator.
8162   This rule would generate a huge number of false positives if applied to an older code base.
8163 * Flag array names passed as simple pointers
8165 ### <a name="Rr-ptr"></a>R.3: A raw pointer (a `T*`) is non-owning
8167 ##### Reason
8169 There is nothing (in the C++ standard or in most code) to say otherwise and most raw pointers are non-owning.
8170 We want owning pointers identified so that we can reliably and efficiently delete the objects pointed to by owning pointers.
8172 ##### Example
8174     void f()
8175     {
8176         int* p1 = new int{7};           // bad: raw owning pointer
8177         auto p2 = make_unique<int>(7);  // OK: the int is owned by a unique pointer
8178         // ...
8179     }
8181 The `unique_ptr` protects against leaks by guaranteeing the deletion of its object (even in the presence of exceptions). The `T*` does not.
8183 ##### Example
8185     template<typename T>
8186     class X {
8187         // ...
8188     public:
8189         T* p;   // bad: it is unclear whether p is owning or not
8190         T* q;   // bad: it is unclear whether q is owning or not
8191     };
8193 We can fix that problem by making ownership explicit:
8195     template<typename T>
8196     class X2 {
8197         // ...
8198     public:
8199         owner<T*> p;  // OK: p is owning
8200         T* q;         // OK: q is not owning
8201     };
8203 ##### Exception
8205 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.
8206 The fact that there are billions of lines of code that violate this rule against owning `T*`s cannot be ignored.
8207 We'd love to see program transformation tools turning 20-year-old "legacy" code into shiny modern code,
8208 we encourage the development, deployment and use of such tools,
8209 we hope the guidelines will help the development of such tools,
8210 and we even contributed (and contribute) to the research and development in this area.
8211 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.
8213 This code cannot all be rewritten (ever assuming good code transformation software), especially not soon.
8214 This problem cannot be solved (at scale) by transforming all owning pointers to `unique_ptr`s and `shared_ptr`s,
8215 partly because we need/use owning "raw pointers" as well as simple pointers in the implementation of our fundamental resource handles.
8216 For example, common `vector` implementations have one owning pointer and two non-owning pointers.
8217 Many ABIs (and essentially all interfaces to C code) use `T*`s, some of them owning.
8218 Some interfaces cannot be simply annotated with `owner` because they need to remain compilable as C
8219 (although this would be a rare good use for a macro, that expands to `owner` in C++ mode only).
8221 ##### Note
8223 `owner<T*>` has no default semantics beyond `T*`. It can be used without changing any code using it and without affecting ABIs.
8224 It is simply a indicator to programmers and analysis tools.
8225 For example, if an `owner<T*>` is a member of a class, that class better have a destructor that `delete`s it.
8227 ##### Example, bad
8229 Returning a (raw) pointer imposes a life-time management uncertainty on the caller; that is, who deletes the pointed-to object?
8231     Gadget* make_gadget(int n)
8232     {
8233         auto p = new Gadget{n};
8234         // ...
8235         return p;
8236     }
8238     void caller(int n)
8239     {
8240         auto p = make_gadget(n);   // remember to delete p
8241         // ...
8242         delete p;
8243     }
8245 In addition to suffering from the problem from [leak](#???), this adds a spurious allocation and deallocation operation, and is needlessly verbose. If Gadget is cheap to move out of a function (i.e., is small or has an efficient move operation), just return it "by value" (see ["out" return values](#Rf-out)):
8247     Gadget make_gadget(int n)
8248     {
8249         Gadget g{n};
8250         // ...
8251         return g;
8252     }
8254 ##### Note
8256 This rule applies to factory functions.
8258 ##### Note
8260 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."
8262 ##### Enforcement
8264 * (Simple) Warn on `delete` of a raw pointer that is not an `owner<T>`.
8265 * (Moderate) Warn on failure to either `reset` or explicitly `delete` an `owner<T>` pointer on every code path.
8266 * (Simple) Warn if the return value of `new` or a function call with return value of pointer type is assigned to a raw pointer.
8267 * (Simple) Warn if a function returns an object that was allocated within the function but has a move constructor.
8268   Suggest considering returning it by value instead.
8270 ### <a name="Rr-ref"></a>R.4: A raw reference (a `T&`) is non-owning
8272 ##### Reason
8274 There is nothing (in the C++ standard or in most code) to say otherwise and most raw references are non-owning.
8275 We want owners identified so that we can reliably and efficiently delete the objects pointed to by owning pointers.
8277 ##### Example
8279     void f()
8280     {
8281         int& r = *new int{7};  // bad: raw owning reference
8282         // ...
8283         delete &r;             // bad: violated the rule against deleting raw pointers
8284     }
8286 **See also**: [The raw pointer rule](#Rr-ptr)
8288 ##### Enforcement
8290 See [the raw pointer rule](#Rr-ptr)
8292 ### <a name="Rr-scoped"></a>R.5: Prefer scoped objects, don't heap-allocate unnecessarily
8294 ##### Reason
8296 A scoped object is a local object, a global object, or a member.
8297 This implies that there is no separate allocation and deallocation cost in excess of that already used for the containing scope or object.
8298 The members of a scoped object are themselves scoped and the scoped object's constructor and destructor manage the members' lifetimes.
8300 ##### Example
8302 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:
8304     void f(int n)
8305     {
8306         auto p = new Gadget{n};
8307         // ...
8308         delete p;
8309     }
8311 Instead, use a local variable:
8313     void f(int n)
8314     {
8315         Gadget g{n};
8316         // ...
8317     }
8319 ##### Enforcement
8321 * (Moderate) Warn if an object is allocated and then deallocated on all paths within a function. Suggest it should be a local `auto` stack object instead.
8322 * (Simple) Warn if a local `Unique_ptr` or `Shared_ptr` is not moved, copied, reassigned or `reset` before its lifetime ends.
8324 ### <a name="Rr-global"></a>R.6: Avoid non-`const` global variables
8326 ##### Reason
8328 Global variables can be accessed from everywhere so they can introduce surprising dependencies between apparently unrelated objects.
8329 They are a notable source of errors.
8331 **Warning**: The initialization of global objects is not totally ordered.
8332 If you use a global object initialize it with a constant.
8333 Note that it is possible to get undefined initialization order even for `const` objects.
8335 ##### Exception
8337 A global object is often better than a singleton.
8339 ##### Exception
8341 An immutable (`const`) global does not introduce the problems we try to avoid by banning global objects.
8343 ##### Enforcement
8345 (??? NM: Obviously we can warn about non-`const` statics ... do we want to?)
8347 ## <a name="SS-alloc"></a>R.alloc: Allocation and deallocation
8349 ### <a name="Rr-mallocfree"></a>R.10: Avoid `malloc()` and `free()`
8351 ##### Reason
8353  `malloc()` and `free()` do not support construction and destruction, and do not mix well with `new` and `delete`.
8355 ##### Example
8357     class Record {
8358         int id;
8359         string name;
8360         // ...
8361     };
8363     void use()
8364     {
8365         // p1 may be nullptr
8366         // *p1 is not initialized; in particular,
8367         // that string isn't a string, but a string-sized bag of bits
8368         Record* p1 = static_cast<Record*>(malloc(sizeof(Record)));
8370         auto p2 = new Record;
8372         // unless an exception is thrown, *p2 is default initialized
8373         auto p3 = new(nothrow) Record;
8374         // p3 may be nullptr; if not, *p3 is default initialized
8376         // ...
8378         delete p1;    // error: cannot delete object allocated by malloc()
8379         free(p2);    // error: cannot free() object allocated by new
8380     }
8382 In some implementations that `delete` and that `free()` might work, or maybe they will cause run-time errors.
8384 ##### Exception
8386 There are applications and sections of code where exceptions are not acceptable.
8387 Some of the best such examples are in life-critical hard real-time code.
8388 Beware that many bans on exception use are based on superstition (bad)
8389 or by concerns for older code bases with unsystematic resource management (unfortunately, but sometimes necessary).
8390 In such cases, consider the `nothrow` versions of `new`.
8392 ##### Enforcement
8394 Flag explicit use of `malloc` and `free`.
8396 ### <a name="Rr-newdelete"></a>R.11: Avoid calling `new` and `delete` explicitly
8398 ##### Reason
8400 The pointer returned by `new` should belong to a resource handle (that can call `delete`).
8401 If the pointer returned by `new` is assigned to a plain/naked pointer, the object can be leaked.
8403 ##### Note
8405 In a large program, a naked `delete` (that is a `delete` in application code, rather than part of code devoted to resource management)
8406 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?
8407 The bug may be latent: it may emerge only during maintenance.
8408 If you have a naked `new`, you probably need a naked `delete` somewhere, so you probably have a bug.
8410 ##### Enforcement
8412 (Simple) Warn on any explicit use of `new` and `delete`. Suggest using `make_unique` instead.
8414 ### <a name="Rr-immediate-alloc"></a>R.12: Immediately give the result of an explicit resource allocation to a manager object
8416 ##### Reason
8418 If you don't, an exception or a return may lead to a leak.
8420 ##### Example, bad
8422     void f(const string& name)
8423     {
8424         FILE* f = fopen(name, "r");          // open the file
8425         vector<char> buf(1024);
8426         auto _ = finally([f] { fclose(f); })  // remember to close the file
8427         // ...
8428     }
8430 The allocation of `buf` may fail and leak the file handle.
8432 ##### Example
8434     void f(const string& name)
8435     {
8436         ifstream f{name};   // open the file
8437         vector<char> buf(1024);
8438         // ...
8439     }
8441 The use of the file handle (in `ifstream`) is simple, efficient, and safe.
8443 ##### Enforcement
8445 * Flag explicit allocations used to initialize pointers (problem: how many direct resource allocations can we recognize?)
8447 ### <a name="Rr-single-alloc"></a>R.13: Perform at most one explicit resource allocation in a single expression statement
8449 ##### Reason
8451 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.
8453 ##### Example
8455     void fun(shared_ptr<Widget> sp1, shared_ptr<Widget> sp2);
8457 This `fun` can be called like this:
8459     // BAD: potential leak
8460     fun(shared_ptr<Widget>(new Widget(a, b)), shared_ptr<Widget>(new Widget(c, d)));
8462 This is exception-unsafe because the compiler may reorder the two expressions building the function's two arguments.
8463 In particular, the compiler can interleave execution of the two expressions:
8464 Memory allocation (by calling `operator new`) could be done first for both objects, followed by attempts to call the two `Widget` constructors.
8465 If one of the constructor calls throws an exception, then the other object's memory will never be released!
8467 This subtle problem has a simple solution: Never perform more than one explicit resource allocation in a single expression statement.
8468 For example:
8470     shared_ptr<Widget> sp1(new Widget(a, b)); // Better, but messy
8471     fun(sp1, new Widget(c, d));
8473 The best solution is to avoid explicit allocation entirely use factory functions that return owning objects:
8475     fun(make_shared<Widget>(a, b), make_shared<Widget>(c, d)); // Best
8477 Write your own factory wrapper if there is not one already.
8479 ##### Enforcement
8481 * Flag expressions with multiple explicit resource allocations (problem: how many direct resource allocations can we recognize?)
8483 ### <a name="Rr-ap"></a>R.14: ??? array vs. pointer parameter
8485 ##### Reason
8487 An array decays to a pointer, thereby losing its size, opening the opportunity for range errors.
8489 ##### Example
8491     ??? what do we recommend: f(int*[]) or f(int**) ???
8493 **Alternative**: Use `span` to preserve size information.
8495 ##### Enforcement
8497 Flag `[]` parameters.
8499 ### <a name="Rr-pair"></a>R.15: Always overload matched allocation/deallocation pairs
8501 ##### Reason
8503 Otherwise you get mismatched operations and chaos.
8505 ##### Example
8507     class X {
8508         // ...
8509         void* operator new(size_t s);
8510         void operator delete(void*);
8511         // ...
8512     };
8514 ##### Note
8516 If you want memory that cannot be deallocated, `=delete` the deallocation operation.
8517 Don't leave it undeclared.
8519 ##### Enforcement
8521 Flag incomplete pairs.
8523 ## <a name="SS-smart"></a>R.smart: Smart pointers
8525 ### <a name="Rr-owner"></a>R.20: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to represent ownership
8527 ##### Reason
8529 They can prevent resource leaks.
8531 ##### Example
8533 Consider:
8535     void f()
8536     {
8537         X x;
8538         X* p1 { new X };              // see also ???
8539         unique_ptr<T> p2 { new X };   // unique ownership; see also ???
8540         shared_ptr<T> p3 { new X };   // shared ownership; see also ???
8541     }
8543 This will leak the object used to initialize `p1` (only).
8545 ##### Enforcement
8547 (Simple) Warn if the return value of `new` or a function call with return value of pointer type is assigned to a raw pointer.
8549 ### <a name="Rr-unique"></a>R.21: Prefer `unique_ptr` over `shared_ptr` unless you need to share ownership
8551 ##### Reason
8553 A `unique_ptr` is conceptually simpler and more predictable (you know when destruction happens) and faster (you don't implicitly maintain a use count).
8555 ##### Example, bad
8557 This needlessly adds and maintains a reference count.
8559     void f()
8560     {
8561         shared_ptr<Base> base = make_shared<Derived>();
8562         // use base locally, without copying it -- refcount never exceeds 1
8563     } // destroy base
8565 ##### Example
8567 This is more efficient:
8569     void f()
8570     {
8571         unique_ptr<Base> base = make_unique<Derived>();
8572         // use base locally
8573     } // destroy base
8575 ##### Enforcement
8577 (Simple) Warn if a function uses a `Shared_ptr` with an object allocated within the function, but never returns the `Shared_ptr` or passes it to a function requiring a `Shared_ptr&`. Suggest using `unique_ptr` instead.
8579 ### <a name="Rr-make_shared"></a>R.22: Use `make_shared()` to make `shared_ptr`s
8581 ##### Reason
8583 If you first make an object and then give it to a `shared_ptr` constructor, you (most likely) do one more allocation (and later deallocation) than if you use `make_shared()` because the reference counts must be allocated separately from the object.
8585 ##### Example
8587 Consider:
8589     shared_ptr<X> p1 { new X{2} }; // bad
8590     auto p = make_shared<X>(2);    // good
8592 The `make_shared()` version mentions `X` only once, so it is usually shorter (as well as faster) than the version with the explicit `new`.
8594 ##### Enforcement
8596 (Simple) Warn if a `shared_ptr` is constructed from the result of `new` rather than `make_shared`.
8598 ### <a name="Rr-make_unique"></a>R.23: Use `make_unique()` to make `unique_ptr`s
8600 ##### Reason
8602 For convenience and consistency with `shared_ptr`.
8604 ##### Note
8606 `make_unique()` is C++14, but widely available (as well as simple to write).
8608 ##### Enforcement
8610 (Simple) Warn if a `unique_ptr` is constructed from the result of `new` rather than `make_unique`.
8612 ### <a name="Rr-weak_ptr"></a>R.24: Use `std::weak_ptr` to break cycles of `shared_ptr`s
8614 ##### Reason
8616  `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
8617 be able to destroy a cyclic structure.
8619 ##### Example
8621     ???
8623 ##### Note
8625  ??? (HS: A lot of people say "to break cycles", while I think "temporary shared ownership" is more to the point.)
8626 ???(BS: breaking cycles is what you must do; temporarily sharing ownership is how you do it.
8627 You could "temporarily share ownership" simply by using another `shared_ptr`.)
8629 ##### Enforcement
8631 ??? probably impossible. If we could statically detect cycles, we wouldn't need `weak_ptr`
8633 ### <a name="Rr-smartptrparam"></a>R.30: Take smart pointers as parameters only to explicitly express lifetime semantics
8635 ##### Reason
8637 Accepting a smart pointer to a `widget` is wrong if the function just needs the `widget` itself.
8638 It should be able to accept any `widget` object, not just ones whose lifetimes are managed by a particular kind of smart pointer.
8639 A function that does not manipulate lifetime should take raw pointers or references instead.
8641 ##### Example, bad
8643     // callee
8644     void f(shared_ptr<widget>& w)
8645     {
8646         // ...
8647         use(*w); // only use of w -- the lifetime is not used at all
8648         // ...
8649     };
8651     // caller
8652     shared_ptr<widget> my_widget = /* ... */;
8653     f(my_widget);
8655     widget stack_widget;
8656     f(stack_widget); // error
8658 ##### Example, good
8660     // callee
8661     void f(widget& w)
8662     {
8663         // ...
8664         use(w);
8665         // ...
8666     };
8668     // caller
8669     shared_ptr<widget> my_widget = /* ... */;
8670     f(*my_widget);
8672     widget stack_widget;
8673     f(stack_widget); // ok -- now this works
8675 ##### Enforcement
8677 * (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()`.
8678   Suggest using a `T*` or `T&` instead.
8679 * 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.
8680   Suggest using a `T*` or `T&` instead.
8682 ### <a name="Rr-smart"></a>R.31: If you have non-`std` smart pointers, follow the basic pattern from `std`
8684 ##### Reason
8686 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.
8687 You want the rules to work on all the smart pointers you use.
8689 Any type (including primary template or specialization) that overloads unary `*` and `->` is considered a smart pointer:
8691 * If it is copyable, it is recognized as a reference-counted `shared_ptr`.
8692 * If it is not copyable, it is recognized as a unique `unique_ptr`.
8694 ##### Example
8696     // use Boost's intrusive_ptr
8697     #include<boost/intrusive_ptr.hpp>
8698     void f(boost::intrusive_ptr<widget> p)  // error under rule 'sharedptrparam'
8699     {
8700         p->foo();
8701     }
8703     // use Microsoft's CComPtr
8704     #include<atlbase.h>
8705     void f(CComPtr<widget> p)               // error under rule 'sharedptrparam'
8706     {
8707         p->foo();
8708     }
8710 Both cases are an error under the [`sharedptrparam` guideline](#Rr-smartptrparam):
8711 `p` is a `Shared_ptr`, but nothing about its sharedness is used here and passing it by value is a silent pessimization;
8712 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&`.
8713 These smart pointers match the `Shared_ptr` concept, so these guideline enforcement rules work on them out of the box and expose this common pessimization.
8715 ### <a name="Rr-uniqueptrparam"></a>R.32: Take a `unique_ptr<widget>` parameter to express that a function assumes ownership of a `widget`
8717 ##### Reason
8719 Using `unique_ptr` in this way both documents and enforces the function call's ownership transfer.
8721 ##### Example
8723     void sink(unique_ptr<widget>); // consumes the widget
8725     void uses(widget*);            // just uses the widget
8727 ##### Example, bad
8729     void thinko(const unique_ptr<widget>&); // usually not what you want
8731 ##### Enforcement
8733 * (Simple) Warn if a function takes a `Unique_ptr<T>` parameter by lvalue reference and does not either assign to it or call `reset()` on it on at least one code path. Suggest taking a `T*` or `T&` instead.
8734 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Unique_ptr<T>` parameter by reference to `const`. Suggest taking a `const T*` or `const T&` instead.
8736 ### <a name="Rr-reseat"></a>R.33: Take a `unique_ptr<widget>&` parameter to express that a function reseats the`widget`
8738 ##### Reason
8740 Using `unique_ptr` in this way both documents and enforces the function call's reseating semantics.
8742 ##### Note
8744 "reseat" means "making a pointer or a smart pointer refer to a different object."
8746 ##### Example
8748     void reseat(unique_ptr<widget>&); // "will" or "might" reseat pointer
8750 ##### Example, bad
8752     void thinko(const unique_ptr<widget>&); // usually not what you want
8754 ##### Enforcement
8756 * (Simple) Warn if a function takes a `Unique_ptr<T>` parameter by lvalue reference and does not either assign to it or call `reset()` on it on at least one code path. Suggest taking a `T*` or `T&` instead.
8757 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Unique_ptr<T>` parameter by reference to `const`. Suggest taking a `const T*` or `const T&` instead.
8759 ### <a name="Rr-sharedptrparam-owner"></a>R.34: Take a `shared_ptr<widget>` parameter to express that a function is part owner
8761 ##### Reason
8763 This makes the function's ownership sharing explicit.
8765 ##### Example, good
8767     void share(shared_ptr<widget>);            // share -- "will" retain refcount
8769     void may_share(const shared_ptr<widget>&); // "might" retain refcount
8771     void reseat(shared_ptr<widget>&);          // "might" reseat ptr
8773 ##### Enforcement
8775 * (Simple) Warn if a function takes a `Shared_ptr<T>` parameter by lvalue reference and does not either assign to it or call `reset()` on it on at least one code path. Suggest taking a `T*` or `T&` instead.
8776 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_ptr<T>` by value or by reference to `const` and does not copy or move it to another `Shared_ptr` on at least one code path. Suggest taking a `T*` or `T&` instead.
8777 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_ptr<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
8779 ### <a name="Rr-sharedptrparam"></a>R.35: Take a `shared_ptr<widget>&` parameter to express that a function might reseat the shared pointer
8781 ##### Reason
8783 This makes the function's reseating explicit.
8785 ##### Note
8787 "reseat" means "making a reference or a smart pointer refer to a different object."
8789 ##### Example, good
8791     void share(shared_ptr<widget>);            // share -- "will" retain refcount
8793     void reseat(shared_ptr<widget>&);          // "might" reseat ptr
8795     void may_share(const shared_ptr<widget>&); // "might" retain refcount
8797 ##### Enforcement
8799 * (Simple) Warn if a function takes a `Shared_ptr<T>` parameter by lvalue reference and does not either assign to it or call `reset()` on it on at least one code path. Suggest taking a `T*` or `T&` instead.
8800 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_ptr<T>` by value or by reference to `const` and does not copy or move it to another `Shared_ptr` on at least one code path. Suggest taking a `T*` or `T&` instead.
8801 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_ptr<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
8803 ### <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 ???
8805 ##### Reason
8807 This makes the function's ??? explicit.
8809 ##### Example, good
8811     void share(shared_ptr<widget>);            // share -- "will" retain refcount
8813     void reseat(shared_ptr<widget>&);          // "might" reseat ptr
8815     void may_share(const shared_ptr<widget>&); // "might" retain refcount
8817 ##### Enforcement
8819 * (Simple) Warn if a function takes a `Shared_ptr<T>` parameter by lvalue reference and does not either assign to it or call `reset()` on it on at least one code path. Suggest taking a `T*` or `T&` instead.
8820 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_ptr<T>` by value or by reference to `const` and does not copy or move it to another `Shared_ptr` on at least one code path. Suggest taking a `T*` or `T&` instead.
8821 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_ptr<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
8823 ### <a name="Rr-smartptrget"></a>R.37: Do not pass a pointer or reference obtained from an aliased smart pointer
8825 ##### Reason
8827 Violating this rule is the number one cause of losing reference counts and finding yourself with a dangling pointer.
8828 Functions should prefer to pass raw pointers and references down call chains.
8829 At the top of the call tree where you obtain the raw pointer or reference from a smart pointer that keeps the object alive.
8830 You need to be sure that the smart pointer cannot inadvertently be reset or reassigned from within the call tree below.
8832 ##### Note
8834 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.
8836 ##### Example
8838 Consider this code:
8840     // global (static or heap), or aliased local ...
8841     shared_ptr<widget> g_p = ...;
8843     void f(widget& w)
8844     {
8845         g();
8846         use(w);  // A
8847     }
8849     void g()
8850     {
8851         g_p = ...; // oops, if this was the last shared_ptr to that widget, destroys the widget
8852     }
8854 The following should not pass code review:
8856     void my_code()
8857     {
8858         // BAD: passing pointer or reference obtained from a nonlocal smart pointer
8859         //      that could be inadvertently reset somewhere inside f or it callees
8860         f(*g_p);
8862         // BAD: same reason, just passing it as a "this" pointer
8863          g_p->func();
8864     }
8866 The fix is simple -- take a local copy of the pointer to "keep a ref count" for your call tree:
8868     void my_code()
8869     {
8870         // cheap: 1 increment covers this entire function and all the call trees below us
8871         auto pin = g_p;
8873         // GOOD: passing pointer or reference obtained from a local unaliased smart pointer
8874         f(*pin);
8876         // GOOD: same reason
8877         pin->func();
8878     }
8880 ##### Enforcement
8882 * (Simple) Warn if a pointer or reference obtained from a smart pointer variable (`Unique_ptr` or `Shared_ptr`) that is nonlocal, or that is local but potentially aliased, is used in a function call. If the smart pointer is a `Shared_ptr` then suggest taking a local copy of the smart pointer and obtain a pointer or reference from that instead.
8884 # <a name="S-expr"></a>ES: Expressions and Statements
8886 Expressions and statements are the lowest and most direct way of expressing actions and computation. Declarations in local scopes are statements.
8888 For naming, commenting, and indentation rules, see [NL: Naming and layout](#S-naming).
8890 General rules:
8892 * [ES.1: Prefer the standard library to other libraries and to "handcrafted code"](#Res-lib)
8893 * [ES.2: Prefer suitable abstractions to direct use of language features](#Res-abstr)
8895 Declaration rules:
8897 * [ES.5: Keep scopes small](#Res-scope)
8898 * [ES.6: Declare names in for-statement initializers and conditions to limit scope](#Res-cond)
8899 * [ES.7: Keep common and local names short, and keep uncommon and nonlocal names longer](#Res-name-length)
8900 * [ES.8: Avoid similar-looking names](#Res-name-similar)
8901 * [ES.9: Avoid `ALL_CAPS` names](#Res-not-CAPS)
8902 * [ES.10: Declare one name (only) per declaration](#Res-name-one)
8903 * [ES.11: Use `auto` to avoid redundant repetition of type names](#Res-auto)
8904 * [ES.12: Do not reuse names in nested scopes](#Res-reuse)
8905 * [ES.20: Always initialize an object](#Res-always)
8906 * [ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it](#Res-introduce)
8907 * [ES.22: Don't declare a variable until you have a value to initialize it with](#Res-init)
8908 * [ES.23: Prefer the `{}`-initializer syntax](#Res-list)
8909 * [ES.24: Use a `unique_ptr<T>` to hold pointers in code that may throw](#Res-unique)
8910 * [ES.25: Declare an object `const` or `constexpr` unless you want to modify its value later on](#Res-const)
8911 * [ES.26: Don't use a variable for two unrelated purposes](#Res-recycle)
8912 * [ES.27: Use `std::array` or `stack_array` for arrays on the stack](#Res-stack)
8913 * [ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables](#Res-lambda-init)
8914 * [ES.30: Don't use macros for program text manipulation](#Res-macros)
8915 * [ES.31: Don't use macros for constants or "functions"](#Res-macros2)
8916 * [ES.32: Use `ALL_CAPS` for all macro names](#Res-ALL_CAPS)
8917 * [ES.33: If you must use macros, give them unique names](#Res-MACROS)
8918 * [ES.34: Don't define a (C-style) variadic function](#Res-ellipses)
8920 Expression rules:
8922 * [ES.40: Avoid complicated expressions](#Res-complicated)
8923 * [ES.41: If in doubt about operator precedence, parenthesize](#Res-parens)
8924 * [ES.42: Keep use of pointers simple and straightforward](#Res-ptr)
8925 * [ES.43: Avoid expressions with undefined order of evaluation](#Res-order)
8926 * [ES.44: Don't depend on order of evaluation of function arguments](#Res-order-fct)
8927 * [ES.45: Avoid narrowing conversions](#Res-narrowing)
8928 * [ES.46: Avoid "magic constants"; use symbolic constants](#Res-magic)
8929 * [ES.47: Use `nullptr` rather than `0` or `NULL`](#Res-nullptr)
8930 * [ES.48: Avoid casts](#Res-casts)
8931 * [ES.49: If you must use a cast, use a named cast](#Res-casts-named)
8932 * [ES.50: Don't cast away `const`](#Res-casts-const)
8933 * [ES.55: Avoid the need for range checking](#Res-range-checking)
8934 * [ES.56: Write `std::move()` only when you need to explicitly move an object to another scope](#Res-move)
8935 * [ES.60: Avoid `new` and `delete` outside resource management functions](#Res-new)
8936 * [ES.61: Delete arrays using `delete[]` and non-arrays using `delete`](#Res-del)
8937 * [ES.62: Don't compare pointers into different arrays](#Res-arr2)
8938 * [ES.63: Don't slice](#Res-slice)
8940 Statement rules:
8942 * [ES.70: Prefer a `switch`-statement to an `if`-statement when there is a choice](#Res-switch-if)
8943 * [ES.71: Prefer a range-`for`-statement to a `for`-statement when there is a choice](#Res-for-range)
8944 * [ES.72: Prefer a `for`-statement to a `while`-statement when there is an obvious loop variable](#Res-for-while)
8945 * [ES.73: Prefer a `while`-statement to a `for`-statement when there is no obvious loop variable](#Res-while-for)
8946 * [ES.74: Prefer to declare a loop variable in the initializer part of a `for`-statement](#Res-for-init)
8947 * [ES.75: Avoid `do`-statements](#Res-do)
8948 * [ES.76: Avoid `goto`](#Res-goto)
8949 * [ES.77: ??? `continue`](#Res-continue)
8950 * [ES.78: Always end a non-empty `case` with a `break`](#Res-break)
8951 * [ES.79: ??? `default`](#Res-default)
8952 * [ES.85: Make empty statements visible](#Res-empty)
8953 * [ES.86: Avoid modifying loop control variables inside the body of raw for-loops](#Res-loop-counter)
8955 Arithmetic rules:
8957 * [ES.100: Don't mix signed and unsigned arithmetic](#Res-mix)
8958 * [ES.101: Use unsigned types for bit manipulation](#Res-unsigned)
8959 * [ES.102: Use signed types for arithmetic](#Res-signed)
8960 * [ES.103: Don't overflow](#Res-overflow)
8961 * [ES.104: Don't underflow](#Res-underflow)
8962 * [ES.105: Don't divide by zero](#Res-zero)
8964 ### <a name="Res-lib"></a>ES.1: Prefer the standard library to other libraries and to "handcrafted code"
8966 ##### Reason
8968 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.
8969 The ISO C++ standard library is among the most widely known and best tested libraries.
8970 It is available as part of all C++ Implementations.
8972 ##### Example
8974     auto sum = accumulate(begin(a), end(a), 0.0);   // good
8976 a range version of `accumulate` would be even better:
8978     auto sum = accumulate(v, 0.0); // better
8980 but don't hand-code a well-known algorithm:
8982     int max = v.size();   // bad: verbose, purpose unstated
8983     double sum = 0.0;
8984     for (int i = 0; i < max; ++i)
8985         sum = sum + v[i];
8987 ##### Exception
8989 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.
8991 ##### Enforcement
8993 Not easy. ??? Look for messy loops, nested loops, long functions, absence of function calls, lack of use of non-built-in types. Cyclomatic complexity?
8995 ### <a name="Res-abstr"></a>ES.2: Prefer suitable abstractions to direct use of language features
8997 ##### Reason
8999 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.
9001 ##### Example
9003     vector<string> read1(istream& is)   // good
9004     {
9005         vector<string> res;
9006         for (string s; is >> s;)
9007             res.push_back(s);
9008         return res;
9009     }
9011 The more traditional and lower-level near-equivalent is longer, messier, harder to get right, and most likely slower:
9013     char** read2(istream& is, int maxelem, int maxstring, int* nread)   // bad: verbose and incomplete
9014     {
9015         auto res = new char*[maxelem];
9016         int elemcount = 0;
9017         while (is && elemcount < maxelem) {
9018             auto s = new char[maxstring];
9019             is.read(s, maxstring);
9020             res[elemcount++] = s;
9021         }
9022         nread = &elemcount;
9023         return res;
9024     }
9026 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.
9028 ##### Enforcement
9030 Not easy. ??? Look for messy loops, nested loops, long functions, absence of function calls, lack of use of non-built-in types. Cyclomatic complexity?
9032 ## ES.dcl: Declarations
9034 A declaration is a statement. A declaration introduces a name into a scope and may cause the construction of a named object.
9036 ### <a name="Res-scope"></a>ES.5: Keep scopes small
9038 ##### Reason
9040 Readability. Minimize resource retention. Avoid accidental misuse of value.
9042 **Alternative formulation**: Don't declare a name in an unnecessarily large scope.
9044 ##### Example
9046     void use()
9047     {
9048         int i;    // bad: i is needlessly accessible after loop
9049         for (i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }
9050         // no intended use of i here
9051         for (int i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }  // good: i is local to for-loop
9053         if (auto pc = dynamic_cast<Circle*>(ps)) {  // good: pc is local to if-statement
9054             // ... deal with Circle ...
9055         }
9056         else {
9057             // ... handle error ...
9058         }
9059     }
9061 ##### Example, bad
9063     void use(const string& name)
9064     {
9065         string fn = name + ".txt";
9066         ifstream is {fn};
9067         Record r;
9068         is >> r;
9069         // ... 200 lines of code without intended use of fn or is ...
9070     }
9072 This function is by most measure too long anyway, but the point is that the resources used by `fn` and the file handle held by `is`
9073 are retained for much longer than needed and that unanticipated use of `is` and `fn` could happen later in the function.
9074 In this case, it might be a good idea to factor out the read:
9076     Record load_record(const string& name)
9077     {
9078         string fn = name + ".txt";
9079         ifstream is {fn};
9080         Record r;
9081         is >> r;
9082         return r;
9083     }
9085     void use(const string& name)
9086     {
9087         Record r = load_record(name);
9088         // ... 200 lines of code ...
9089     }
9091 ##### Enforcement
9093 * Flag loop variable declared outside a loop and not used after the loop
9094 * Flag when expensive resources, such as file handles and locks are not used for N-lines (for some suitable N)
9096 ### <a name="Res-cond"></a>ES.6: Declare names in for-statement initializers and conditions to limit scope
9098 ##### Reason
9100 Readability. Minimize resource retention.
9102 ##### Example
9104     void use()
9105     {
9106         for (string s; cin >> s;)
9107             v.push_back(s);
9109         for (int i = 0; i < 20; ++i) {   // good: i is local to for-loop
9110             // ...
9111         }
9113         if (auto pc = dynamic_cast<Circle*>(ps)) {   // good: pc is local to if-statement
9114             // ... deal with Circle ...
9115         }
9116         else {
9117             // ... handle error ...
9118         }
9119     }
9121 ##### Enforcement
9123 * Flag loop variables declared before the loop and not used after the loop
9124 * (hard) Flag loop variables declared before the loop and used after the loop for an unrelated purpose.
9126 ##### C++17 example
9128 Note: C++17 also adds `if` and `switch` initializer statements. These require C++17 support.
9130     map<int, string> mymap;
9132     if (auto result = mymap.insert(value); result.second) {
9133         // insert succeeded, and result is valid for this block
9134         use(result.first);  // ok
9135         // ...
9136     } // result is destroyed here
9138 ##### C++17 enforcement (if using a C++17 compiler)
9140 * Flag selection/loop variables declared before the body and not used after the body
9141 * (hard) Flag selection/loop variables declared before the body and used after the body for an unrelated purpose.
9145 ### <a name="Res-name-length"></a>ES.7: Keep common and local names short, and keep uncommon and nonlocal names longer
9147 ##### Reason
9149 Readability. Lowering the chance of clashes between unrelated non-local names.
9151 ##### Example
9153 Conventional short, local names increase readability:
9155     template<typename T>    // good
9156     void print(ostream& os, const vector<T>& v)
9157     {
9158         for (int i = 0; i < v.size(); ++i)
9159             os << v[i] << '\n';
9160     }
9162 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
9164     template<typename Element_type>   // bad: verbose, hard to read
9165     void print(ostream& target_stream, const vector<Element_type>& current_vector)
9166     {
9167         for (int current_element_index = 0;
9168                 current_element_index < current_vector.size();
9169                 ++current_element_index
9170         )
9171         target_stream << current_vector[current_element_index] << '\n';
9172     }
9174 Yes, it is a caricature, but we have seen worse.
9176 ##### Example
9178 Unconventional and short non-local names obscure code:
9180     void use1(const string& s)
9181     {
9182         // ...
9183         tt(s);   // bad: what is tt()?
9184         // ...
9185     }
9187 Better, give non-local entities readable names:
9189     void use1(const string& s)
9190     {
9191         // ...
9192         trim_tail(s);   // better
9193         // ...
9194     }
9196 Here, there is a chance that the reader knows what `trim_tail` means and that the reader can remember it after looking it up.
9198 ##### Example, bad
9200 Argument names of large functions are de facto non-local and should be meaningful:
9202     void complicated_algorithm(vector<Record>& vr, const vector<int>& vi, map<string, int>& out)
9203     // read from events in vr (marking used Records) for the indices in
9204     // vi placing (name, index) pairs into out
9205     {
9206         // ... 500 lines of code using vr, vi, and out ...
9207     }
9209 We recommend keeping functions short, but that rule isn't universally adhered to and naming should reflect that.
9211 ##### Enforcement
9213 Check length of local and non-local names. Also take function length into account.
9215 ### <a name="Res-name-similar"></a>ES.8: Avoid similar-looking names
9217 ##### Reason
9219 Code clarity and readability. Too-similar names slow down comprehension and increase the likelihood of error.
9221 ##### Example; bad
9223     if (readable(i1 + l1 + ol + o1 + o0 + ol + o1 + I0 + l0)) surprise();
9225 ##### Example; bad
9227 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.
9229     struct foo { int n; };
9230     struct foo foo();       // BAD, foo is a type already in scope
9231     struct foo x = foo();   // requires disambiguation
9233 ##### Exception
9235 Antique header files might declare non-types and types with the same name in the same scope.
9237 ##### Enforcement
9239 * Check names against a list of known confusing letter and digit combinations.
9240 * Flag a declaration of a variable, function, or enumerator that hides a class or enumeration declared in the same scope.
9242 ### <a name="Res-not-CAPS"></a>ES.9: Avoid `ALL_CAPS` names
9244 ##### Reason
9246 Such names are commonly used for macros. Thus, `ALL_CAPS` name are vulnerable to unintended macro substitution.
9248 ##### Example
9250     // somewhere in some header:
9251     #define NE !=
9253     // somewhere else in some other header:
9254     enum Coord { N, NE, NW, S, SE, SW, E, W };
9256     // somewhere third in some poor programmer's .cpp:
9257     switch (direction) {
9258     case N:
9259         // ...
9260     case NE:
9261         // ...
9262     // ...
9263     }
9265 ##### Note
9267 Do not use `ALL_CAPS` for constants just because constants used to be macros.
9269 ##### Enforcement
9271 Flag all uses of ALL CAPS. For older code, accept ALL CAPS for macro names and flag all non-ALL-CAPS macro names.
9273 ### <a name="Res-name-one"></a>ES.10: Declare one name (only) per declaration
9275 ##### Reason
9277 One-declaration-per line increases readability and avoids mistakes related to
9278 the C/C++ grammar. It also leaves room for a more descriptive end-of-line
9279 comment.
9281 ##### Example, bad
9283     char *p, c, a[7], *pp[7], **aa[10];   // yuck!
9285 ##### Exception
9287 A function declaration can contain several function argument declarations.
9289 ##### Example
9291     template <class InputIterator, class Predicate>
9292     bool any_of(InputIterator first, InputIterator last, Predicate pred);
9294 or better using concepts:
9296     bool any_of(InputIterator first, InputIterator last, Predicate pred);
9298 ##### Example
9300     double scalbn(double x, int n);   // OK: x * pow(FLT_RADIX, n); FLT_RADIX is usually 2
9304     double scalbn(    // better: x * pow(FLT_RADIX, n); FLT_RADIX is usually 2
9305         double x,     // base value
9306         int n         // exponent
9307     );
9311     // better: base * pow(FLT_RADIX, exponent); FLT_RADIX is usually 2
9312     double scalbn(double base, int exponent);
9314 ##### Enforcement
9316 Flag non-function arguments with multiple declarators involving declarator operators (e.g., `int* p, q;`)
9318 ### <a name="Res-auto"></a>ES.11: Use `auto` to avoid redundant repetition of type names
9320 ##### Reason
9322 * Simple repetition is tedious and error prone.
9323 * When you use `auto`, the name of the declared entity is in a fixed position in the declaration, increasing readability.
9324 * In a template function declaration the return type can be a member type.
9326 ##### Example
9328 Consider:
9330     auto p = v.begin();   // vector<int>::iterator
9331     auto s = v.size();
9332     auto h = t.future();
9333     auto q = make_unique<int[]>(s);
9334     auto f = [](int x){ return x + 10; };
9336 In each case, we save writing a longish, hard-to-remember type that the compiler already knows but a programmer could get wrong.
9338 ##### Example
9340     template<class T>
9341     auto Container<T>::first() -> Iterator;   // Container<T>::Iterator
9343 ##### Exception
9345 Avoid `auto` for initializer lists and in cases where you know exactly which type you want and where an initializer might require conversion.
9347 ##### Example
9349     auto lst = { 1, 2, 3 };   // lst is an initializer list
9350     auto x{1};   // x is an int (after correction of the C++14 standard; initializer_list in C++11)
9352 ##### Note
9354 When concepts become available, we can (and should) be more specific about the type we are deducing:
9356     // ...
9357     ForwardIterator p = algo(x, y, z);
9359 ##### Enforcement
9361 Flag redundant repetition of type names in a declaration.
9363 ### <a name="Res-reuse"></a>ES.12: Do not reuse names in nested scopes
9365 ##### Reason
9367 It is easy to get confused about which variable is used.
9368 Can cause maintenance problems.
9370 ##### Example, bad
9372     int d = 0;
9373     // ...
9374     if (cond) {
9375         // ...
9376         d = 9;
9377         // ...
9378     }
9379     else {
9380         // ...
9381         int d = 7;
9382         // ...
9383         d = value_to_be_returned;
9384         // ...
9385     }
9387     return d;
9389 If this is a large `if`-statement, it is easy to overlook that a new `d` has been introduced in the inner scope.
9390 This is a known source of bugs.
9391 Sometimes such reuse of a name in an inner scope is called "shadowing".
9393 ##### Note
9395 Shadowing is primarily a problem when functions are too large and too complex.
9397 ##### Example
9399 Shadowing of function arguments in the outermost block is disallowed by the language:
9401     void f(int x)
9402     {
9403         int x = 4;  // error: reuse of function argument name
9405         if (x) {
9406             int x = 7;  // allowed, but bad
9407             // ...
9408         }
9409     }
9411 ##### Example, bad
9413 Reuse of a member name as a local variable can also be a problem:
9415     struct S {
9416         int m;
9417         void f(int x);
9418     };
9420     void S::f(int x)
9421     {
9422         m = 7;    // assign to member
9423         if (x) {
9424             int m = 9;
9425             // ...
9426             m = 99; // assign to member
9427             // ...
9428         }
9429     }
9431 ##### Exception
9433 We often reuse function names from a base class in a derived class:
9435     struct B {
9436         void f(int);
9437     };
9439     struct D : B {
9440         void f(double);
9441         using B::f;
9442     };
9444 This is error-prone.
9445 For example, had we forgotten the using declaration, a call `d.f(1)` would not have found the `int` version of `f`.
9447 ??? Do we need a specific rule about shadowing/hiding in class hierarchies?
9449 ##### Enforcement
9451 * Flag reuse of a name in nested local scopes
9452 * Flag reuse of a member name as a local variable in a member function
9453 * Flag reuse of a global name as a local variable or a member name
9454 * Flag reuse of a base class member name in a derived class (except for function names)
9456 ### <a name="Res-always"></a>ES.20: Always initialize an object
9458 ##### Reason
9460 Avoid used-before-set errors and their associated undefined behavior.
9461 Avoid problems with comprehension of complex initialization.
9462 Simplify refactoring.
9464 ##### Example
9466     void use(int arg)
9467     {
9468         int i;   // bad: uninitialized variable
9469         // ...
9470         i = 7;   // initialize i
9471     }
9473 No, `i = 7` does not initialize `i`; it assigns to it. Also, `i` can be read in the `...` part. Better:
9475     void use(int arg)   // OK
9476     {
9477         int i = 7;   // OK: initialized
9478         string s;    // OK: default initialized
9479         // ...
9480     }
9482 ##### Note
9484 The *always initialize* rule is deliberately stronger than the *an object must be set before used* language rule.
9485 The latter, more relaxed rule, catches the technical bugs, but:
9487 * It leads to less readable code
9488 * It encourages people to declare names in greater than necessary scopes
9489 * It leads to harder to read code
9490 * It leads to logic bugs by encouraging complex code
9491 * It hampers refactoring
9493 The *always initialize* rule is a style rule aimed to improve maintainability as well as a rule protecting against used-before-set errors.
9495 ##### Example
9497 Here is an example that is often considered to demonstrate the need for a more relaxed rule for initialization
9499     widget i;    // "widget" a type that's expensive to initialize, possibly a large POD
9500     widget j;
9502     if (cond) {  // bad: i and j are initialized "late"
9503         i = f1();
9504         j = f2();
9505     }
9506     else {
9507         i = f3();
9508         j = f4();
9509     }
9511 This cannot trivially be rewritten to initialize `i` and `j` with initializers.
9512 Note that for types with a default constructor, attempting to postpone initialization simply leads to a default initialization followed by an assignment.
9513 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.
9515 At the cost of repeating `cond` we could write:
9517     widget i = (cond) ? f1() : f3();
9518     widget j = (cond) ? f2() : f4();
9520 Assuming that there is a logical connection between `i` and `j`, that connection should probably be expressed in code:
9522     pair<widget, widget> make_related_widgets(bool x)
9523     {
9524         return (x) ? {f1(), f2()} : {f3(), f4() };
9525     }
9527     auto init = make_related_widgets(cond);
9528     widget i = init.first;
9529     widget j = init.second;
9531 Obviously, what we really would like is a construct that initialized n variables from a `tuple`. For example:
9533     auto [i, j] = make_related_widgets(cond);    // C++17, not C++14
9535 Today, we might approximate that using `tie()`:
9537     widget i;       // bad: uninitialized variable
9538     widget j;
9539     tie(i, j) = make_related_widgets(cond);
9541 This may be seen as an example of the *immediately initialize from input* exception below.
9543 Creating optimal and equivalent code from all of these examples should be well within the capabilities of modern C++ compilers
9544 (but don't make performance claims without measuring; a compiler may very well not generate optimal code for every example and
9545 there may be language rules preventing some optimization that you would have liked in a particular case).
9547 ##### Note
9549 Complex initialization has been popular with clever programmers for decades.
9550 It has also been a major source of errors and complexity.
9551 Many such errors are introduced during maintenance years after the initial implementation.
9553 ##### Exception
9555 It you are declaring an object that is just about to be initialized from input, initializing it would cause a double initialization.
9556 However, beware that this may leave uninitialized data beyond the input -- and that has been a fertile source of errors and security breaches:
9558     constexpr int max = 8 * 1024;
9559     int buf[max];         // OK, but suspicious: uninitialized
9560     f.read(buf, max);
9562 The cost of initializing that array could be significant in some situations.
9563 However, such examples do tend to leave uninitialized variables accessible, so they should be treated with suspicion.
9565     constexpr int max = 8 * 1024;
9566     int buf[max] = {};   // zero all elements; better in some situations
9567     f.read(buf, max);
9569 When feasible use a library function that is known not to overflow. For example:
9571     string s;   // s is default initialized to ""
9572     cin >> s;   // s expands to hold the string
9574 Don't consider simple variables that are targets for input operations exceptions to this rule:
9576     int i;   // bad
9577     // ...
9578     cin >> i;
9580 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.
9582     int i2 = 0;   // better
9583     // ...
9584     cin >> i;
9586 A good optimizer should know about input operations and eliminate the redundant operation.
9588 ##### Example
9590 Using an `uninitialized` or sentinel value is a symptom of a problem and not a
9591 solution:
9593     widget i = uninit;  // bad
9594     widget j = uninit;
9596     // ...
9597     use(i);         // possibly used before set
9598     // ...
9600     if (cond) {     // bad: i and j are initialized "late"
9601         i = f1();
9602         j = f2();
9603     }
9604     else {
9605         i = f3();
9606         j = f4();
9607     }
9609 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?
9611 ##### Note
9613 Sometimes, a lambda can be used as an initializer to avoid an uninitialized variable:
9615     error_code ec;
9616     Value v = [&] {
9617         auto p = get_value();   // get_value() returns a pair<error_code, Value>
9618         ec = p.first;
9619         return p.second;
9620     }();
9622 or maybe:
9624     Value v = [] {
9625         auto p = get_value();   // get_value() returns a pair<error_code, Value>
9626         if (p.first) throw Bad_value{p.first};
9627         return p.second;
9628     }();
9630 **See also**: [ES.28](#Res-lambda-init)
9632 ##### Enforcement
9634 * Flag every uninitialized variable.
9635   Don't flag variables of user-defined types with default constructors.
9636 * Check that an uninitialized buffer is written into *immediately* after declaration.
9637   Passing an uninitialized variable as a reference to non-`const` argument can be assumed to be a write into the variable.
9639 ### <a name="Res-introduce"></a>ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it
9641 ##### Reason
9643 Readability. To limit the scope in which the variable can be used.
9645 ##### Example
9647     int x = 7;
9648     // ... no use of x here ...
9649     ++x;
9651 ##### Enforcement
9653 Flag declarations that are distant from their first use.
9655 ### <a name="Res-init"></a>ES.22: Don't declare a variable until you have a value to initialize it with
9657 ##### Reason
9659 Readability. Limit the scope in which a variable can be used. Don't risk used-before-set. Initialization is often more efficient than assignment.
9661 ##### Example, bad
9663     string s;
9664     // ... no use of s here ...
9665     s = "what a waste";
9667 ##### Example, bad
9669     SomeLargeType var;   // ugly CaMeLcAsEvArIaBlE
9671     if (cond)   // some non-trivial condition
9672         Set(&var);
9673     else if (cond2 || !cond3) {
9674         var = Set2(3.14);
9675     }
9676     else {
9677         var = 0;
9678         for (auto& e : something)
9679             var += e;
9680     }
9682     // use var; that this isn't done too early can be enforced statically with only control flow
9684 This would be fine if there was a default initialization for `SomeLargeType` that wasn't too expensive.
9685 Otherwise, a programmer might very well wonder if every possible path through the maze of conditions has been covered.
9686 If not, we have a "use before set" bug. This is a maintenance trap.
9688 For initializers of moderate complexity, including for `const` variables, consider using a lambda to express the initializer; see [ES.28](#Res-lambda-init).
9690 ##### Enforcement
9692 * Flag declarations with default initialization that are assigned to before they are first read.
9693 * Flag any complicated computation after an uninitialized variable and before its use.
9695 ### <a name="Res-list"></a>ES.23: Prefer the `{}` initializer syntax
9697 ##### Reason
9699 The rules for `{}` initialization are simpler, more general, less ambiguous, and safer than for other forms of initialization.
9701 ##### Example
9703     int x {f(99)};
9704     vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
9706 ##### Exception
9708 For containers, there is a tradition for using `{...}` for a list of elements and `(...)` for sizes:
9710     vector<int> v1(10);    // vector of 10 elements with the default value 0
9711     vector<int> v2 {10};   // vector of 1 element with the value 10
9713 ##### Note
9715 `{}`-initializers do not allow narrowing conversions.
9717 ##### Example
9719     int x {7.9};   // error: narrowing
9720     int y = 7.9;   // OK: y becomes 7. Hope for a compiler warning
9722 ##### Note
9724 `{}` initialization can be used for all initialization; other forms of initialization can't:
9726     auto p = new vector<int> {1, 2, 3, 4, 5};   // initialized vector
9727     D::D(int a, int b) :m{a, b} {   // member initializer (e.g., m might be a pair)
9728         // ...
9729     };
9730     X var {};   // initialize var to be empty
9731     struct S {
9732         int m {7};   // default initializer for a member
9733         // ...
9734     };
9736 ##### Note
9738 Initialization of a variable declared using `auto` with a single value, e.g., `{v}`, had surprising results until recently:
9740     auto x1 {7};        // x1 is an int with the value 7
9741     // x2 is an initializer_list<int> with an element 7
9742     // (this will will change to "element 7" in C++17)
9743     auto x2 = {7};
9745     auto x11 {7, 8};    // error: two initializers
9746     auto x22 = {7, 8};  // x2 is an initializer_list<int> with elements 7 and 8
9748 ##### Exception
9750 Use `={...}` if you really want an `initializer_list<T>`
9752     auto fib10 = {0, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55};   // fib10 is a list
9754 ##### Note
9756 Old habits die hard, so this rule is hard to apply consistently, especially as there are so many cases where `=` is innocent.
9758 ##### Example
9760     template<typename T>
9761     void f()
9762     {
9763         T x1(1);    // T initialized with 1
9764         T x0();     // bad: function declaration (often a mistake)
9766         T y1 {1};   // T initialized with 1
9767         T y0 {};    // default initialized T
9768         // ...
9769     }
9771 **See also**: [Discussion](#???)
9773 ##### Enforcement
9775 Tricky.
9777 * Don't flag uses of `=` for simple initializers.
9778 * Look for `=` after `auto` has been seen.
9780 ### <a name="Res-unique"></a>ES.24: Use a `unique_ptr<T>` to hold pointers
9782 ##### Reason
9784 Using `std::unique_ptr` is the simplest way to avoid leaks. It is reliable, it
9785 makes the type system do much of the work to validate ownership safety, it
9786 increases readability, and it has zero or near zero runtime cost.
9788 ##### Example
9790     void use(bool leak)
9791     {
9792         auto p1 = make_unique<int>(7);   // OK
9793         int* p2 = new int{7};            // bad: might leak
9794         // ...
9795         if (leak) return;
9796         // ...
9797     }
9799 If `leak == true` the object pointed to by `p2` is leaked and the object pointed to by `p1` is not.
9801 ##### Enforcement
9803 Look for raw pointers that are targets of `new`, `malloc()`, or functions that may return such pointers.
9805 ### <a name="Res-const"></a>ES.25: Declare an object `const` or `constexpr` unless you want to modify its value later on
9807 ##### Reason
9809 That way you can't change the value by mistake. That way may offer the compiler optimization opportunities.
9811 ##### Example
9813     void f(int n)
9814     {
9815         const int bufmax = 2 * n + 2;  // good: we can't change bufmax by accident
9816         int xmax = n;                  // suspicious: is xmax intended to change?
9817         // ...
9818     }
9820 ##### Enforcement
9822 Look to see if a variable is actually mutated, and flag it if
9823 not. Unfortunately, it may be impossible to detect when a non-`const` was not
9824 *intended* to vary (vs when it merely did not vary).
9826 ### <a name="Res-recycle"></a>ES.26: Don't use a variable for two unrelated purposes
9828 ##### Reason
9830 Readability and safety.
9832 ##### Example, bad
9834     void use()
9835     {
9836         int i;
9837         for (i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }
9838         for (i = 0; i < 200; ++i) { /* ... */ } // bad: i recycled
9839     }
9841 ##### Note
9843 As an optimization, you may want to reuse a buffer as a scratch pad, but even then prefer to limit the variable's scope as much as possible and be careful not to cause bugs from data left in a recycled buffer as this is a common source of security bugs.
9845     {
9846         std::string buffer;             // to avoid reallocations on every loop iteration
9847         for (auto& o : objects)
9848         {
9849             // First part of the work.
9850             generateFirstString(buffer, o);
9851             writeToFile(buffer);
9853             // Second part of the work.
9854             generateSecondString(buffer, o);
9855             writeToFile(buffer);
9857             // etc...
9858         }
9859     }
9861 ##### Enforcement
9863 Flag recycled variables.
9865 ### <a name="Res-stack"></a>ES.27: Use `std::array` or `stack_array` for arrays on the stack
9867 ##### Reason
9869 They are readable and don't implicitly convert to pointers.
9870 They are not confused with non-standard extensions of built-in arrays.
9872 ##### Example, bad
9874     const int n = 7;
9875     int m = 9;
9877     void f()
9878     {
9879         int a1[n];
9880         int a2[m];   // error: not ISO C++
9881         // ...
9882     }
9884 ##### Note
9886 The definition of `a1` is legal C++ and has always been.
9887 There is a lot of such code.
9888 It is error-prone, though, especially when the bound is non-local.
9889 Also, it is a "popular" source of errors (buffer overflow, pointers from array decay, etc.).
9890 The definition of `a2` is C but not C++ and is considered a security risk
9892 ##### Example
9894     const int n = 7;
9895     int m = 9;
9897     void f()
9898     {
9899         array<int, n> a1;
9900         stack_array<int> a2(m);
9901         // ...
9902     }
9904 ##### Enforcement
9906 * Flag arrays with non-constant bounds (C-style VLAs)
9907 * Flag arrays with non-local constant bounds
9909 ### <a name="Res-lambda-init"></a>ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables
9911 ##### Reason
9913 It nicely encapsulates local initialization, including cleaning up scratch variables needed only for the initialization, without needing to create a needless nonlocal yet nonreusable function. It also works for variables that should be `const` but only after some initialization work.
9915 ##### Example, bad
9917     widget x;   // should be const, but:
9918     for (auto i = 2; i <= N; ++i) {             // this could be some
9919         x += some_obj.do_something_with(i);  // arbitrarily long code
9920     }                                        // needed to initialize x
9921     // from here, x should be const, but we can't say so in code in this style
9923 ##### Example, good
9925     const widget x = [&]{
9926         widget val;                                // assume that widget has a default constructor
9927         for (auto i = 2; i <= N; ++i) {            // this could be some
9928             val += some_obj.do_something_with(i);  // arbitrarily long code
9929         }                                          // needed to initialize x
9930         return val;
9931     }();
9933 ##### Example
9935     string var = [&]{
9936         if (!in) return "";   // default
9937         string s;
9938         for (char c : in >> c)
9939             s += toupper(c);
9940         return s;
9941     }(); // note ()
9943 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.
9945 ##### Example
9947     owner<istream&> in = [&]{
9948         switch (source) {
9949         case default:       owned = false; return cin;
9950         case command_line:  owned = true;  return *new istringstream{argv[2]};
9951         case file:          owned = true;  return *new ifstream{argv[2]};
9952     }();
9954 ##### Enforcement
9956 Hard. At best a heuristic. Look for an uninitialized variable followed by a loop assigning to it.
9958 ### <a name="Res-macros"></a>ES.30: Don't use macros for program text manipulation
9960 ##### Reason
9962 Macros are a major source of bugs.
9963 Macros don't obey the usual scope and type rules.
9964 Macros ensure that the human reader sees something different from what the compiler sees.
9965 Macros complicate tool building.
9967 ##### Example, bad
9969     #define Case break; case   /* BAD */
9971 This innocuous-looking macro makes a single lower case `c` instead of a `C` into a bad flow-control bug.
9973 ##### Note
9975 This rule does not ban the use of macros for "configuration control" use in `#ifdef`s, etc.
9977 ##### Enforcement
9979 Scream when you see a macro that isn't just used for source control (e.g., `#ifdef`)
9981 ### <a name="Res-macros2"></a>ES.31: Don't use macros for constants or "functions"
9983 ##### Reason
9985 Macros are a major source of bugs.
9986 Macros don't obey the usual scope and type rules.
9987 Macros don't obey the usual rules for argument passing.
9988 Macros ensure that the human reader sees something different from what the compiler sees.
9989 Macros complicate tool building.
9991 ##### Example, bad
9993     #define PI 3.14
9994     #define SQUARE(a, b) (a * b)
9996 Even if we hadn't left a well-known bug in `SQUARE` there are much better behaved alternatives; for example:
9998     constexpr double pi = 3.14;
9999     template<typename T> T square(T a, T b) { return a * b; }
10001 ##### Enforcement
10003 Scream when you see a macro that isn't just used for source control (e.g., `#ifdef`)
10005 ### <a name="Res-ALL_CAPS"></a>ES.32: Use `ALL_CAPS` for all macro names
10007 ##### Reason
10009 Convention. Readability. Distinguishing macros.
10011 ##### Example
10013     #define forever for (;;)   /* very BAD */
10015     #define FOREVER for (;;)   /* Still evil, but at least visible to humans */
10017 ##### Enforcement
10019 Scream when you see a lower case macro.
10021 ### <a name="Res-MACROS"></a>ES.33: If you must use macros, give them unique names
10023 ##### Reason
10025 Macros do not obey scope rules.
10027 ##### Example
10029     #define MYCHAR        /* BAD, will eventually clash with someone else's MYCHAR*/
10031     #define ZCORP_CHAR    /* Still evil, but less likely to clash */
10033 ##### Note
10035 Avoid macros if you can: [ES.30](#Res-macros), [ES.31](#Res-macros2), and [ES.32](#Res-ALL_CAPS).
10036 However, there are billions of lines of code littered with macros and a long tradition for using and overusing macros.
10037 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.
10039 ##### Enforcement
10041 Warn against short macro names.
10043 ### <a name="Res-ellipses"></a> ES.34: Don't define a (C-style) variadic function
10045 ##### Reason
10047 Not type safe.
10048 Requires messy cast-and-macro-laden code to get working right.
10050 ##### Example
10052     #include<cstdarg>
10054     // "severity" followed by a zero-terminated list of char*s; write the C-style strings to cerr
10055     void error(int severity ...)
10056     {
10057         va_list ap;             // a magic type for holding arguments
10058         va_start(ap, severity); // arg startup: "severity" is the first argument of error()
10060         for (;;) {
10061             // treat the next var as a char*; no checking: a cast in disguise
10062             char* p = va_arg(ap, char*);
10063             if (p == nullptr) break;
10064             cerr << p << ' ';
10065         }
10067         va_end(ap);             // arg cleanup (don't forget this)
10069         cerr << '\n';
10070         if (severity) exit(severity);
10071     }
10073     void use()
10074     {
10075         error(7, "this", "is", "an", "error", nullptr);
10076         error(7); // crash
10077         error(7, "this", "is", "an", "error");  // crash
10078         const char* is = "is";
10079         string an = "an";
10080         error(7, "this", "is", an, "error"); // crash
10081     }
10083 **Alternative**: Overloading. Templates. Variadic templates.
10085 ##### Note
10087 This is basically the way `printf` is implemented.
10089 ##### Enforcement
10091 * Flag definitions of C-style variadic functions.
10092 * Flag `#include<cstdarg>` and `#include<stdarg.h>`
10094 ## ES.stmt: Statements
10096 Statements control the flow of control (except for function calls and exception throws, which are expressions).
10098 ### <a name="Res-switch-if"></a>ES.70: Prefer a `switch`-statement to an `if`-statement when there is a choice
10100 ##### Reason
10102 * Readability.
10103 * Efficiency: A `switch` compares against constants and is usually better optimized than a series of tests in an `if`-`then`-`else` chain.
10104 * A `switch` enables some heuristic consistency checking. For example, have all values of an `enum` been covered? If not, is there a `default`?
10106 ##### Example
10108     void use(int n)
10109     {
10110         switch (n) {   // good
10111         case 0:   // ...
10112         case 7:   // ...
10113         }
10114     }
10116 rather than:
10118     void use2(int n)
10119     {
10120         if (n == 0)   // bad: if-then-else chain comparing against a set of constants
10121             // ...
10122         else if (n == 7)
10123             // ...
10124     }
10126 ##### Enforcement
10128 Flag `if`-`then`-`else` chains that check against constants (only).
10130 ### <a name="Res-for-range"></a>ES.71: Prefer a range-`for`-statement to a `for`-statement when there is a choice
10132 ##### Reason
10134 Readability. Error prevention. Efficiency.
10136 ##### Example
10138     for (int i = 0; i < v.size(); ++i)   // bad
10139             cout << v[i] << '\n';
10141     for (auto p = v.begin(); p != v.end(); ++p)   // bad
10142         cout << *p << '\n';
10144     for (auto& x : v)    // OK
10145         cout << x << '\n';
10147     for (int i = 1; i < v.size(); ++i) // touches two elements: can't be a range-for
10148         cout << v[i] + v[i - 1] << '\n';
10150     for (int i = 0; i < v.size(); ++i) // possible side-effect: can't be a range-for
10151         cout << f(v, &v[i]) << '\n';
10153     for (int i = 0; i < v.size(); ++i) { // body messes with loop variable: can't be a range-for
10154         if (i % 2 == 0)
10155             continue;   // skip even elements
10156         else
10157             cout << v[i] << '\n';
10158     }
10160 A human or a good static analyzer may determine that there really isn't a side effect on `v` in `f(v, &v[i])` so that the loop can be rewritten.
10162 "Messing with the loop variable" in the body of a loop is typically best avoided.
10164 ##### Note
10166 Don't use expensive copies of the loop variable of a range-`for` loop:
10168     for (string s : vs) // ...
10170 This will copy each elements of `vs` into `s`. Better:
10172     for (string& s : vs) // ...
10174 Better still, if the loop variable isn't modified or copied:
10176     for (const string& s : vs) // ...
10178 ##### Enforcement
10180 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.
10182 ### <a name="Res-for-while"></a>ES.72: Prefer a `for`-statement to a `while`-statement when there is an obvious loop variable
10184 ##### Reason
10186 Readability: the complete logic of the loop is visible "up front". The scope of the loop variable can be limited.
10188 ##### Example
10190     for (int i = 0; i < vec.size(); i++) {
10191         // do work
10192     }
10194 ##### Example, bad
10196     int i = 0;
10197     while (i < vec.size()) {
10198         // do work
10199         i++;
10200     }
10202 ##### Enforcement
10206 ### <a name="Res-while-for"></a>ES.73: Prefer a `while`-statement to a `for`-statement when there is no obvious loop variable
10208 ##### Reason
10210  ???
10212 ##### Example
10214     ???
10216 ##### Enforcement
10220 ### <a name="Res-for-init"></a>ES.74: Prefer to declare a loop variable in the initializer part of a `for`-statement
10222 ##### Reason
10224 Limit the loop variable visibility to the scope of the loop.
10225 Avoid using the loop variable for other purposes after the loop.
10227 ##### Example
10229     for (int i = 0; i < 100; ++i) {   // GOOD: i var is visible only inside the loop
10230         // ...
10231     }
10233 ##### Example, don't
10235     int j;                            // BAD: j is visible outside the loop
10236     for (j = 0; j < 100; ++j) {
10237         // ...
10238     }
10239     // j is still visible here and isn't needed
10241 **See also**: [Don't use a variable for two unrelated purposes](#Res-recycle)
10243 ##### Enforcement
10245 Warn when a variable modified inside the `for`-statement is declared outside the loop and not being used outside the loop.
10247 **Discussion**: Scoping the loop variable to the loop body also helps code optimizers greatly. Recognizing that the induction variable
10248 is only accessible in the loop body unblocks optimizations such as hoisting, strength reduction, loop-invariant code motion, etc.
10250 ### <a name="Res-do"></a>ES.75: Avoid `do`-statements
10252 ##### Reason
10254 Readability, avoidance of errors.
10255 The termination condition is at the end (where it can be overlooked) and the condition is not checked the first time through. ???
10257 ##### Example
10259     int x;
10260     do {
10261         cin >> x;
10262         // ...
10263     } while (x < 0);
10265 ##### Enforcement
10269 ### <a name="Res-goto"></a>ES.76: Avoid `goto`
10271 ##### Reason
10273 Readability, avoidance of errors. There are better control structures for humans; `goto` is for machine generated code.
10275 ##### Exception
10277 Breaking out of a nested loop. In that case, always jump forwards.
10279 ##### Example
10281     ???
10283 ##### Example
10285 There is a fair amount of use of the C goto-exit idiom:
10287     void f()
10288     {
10289         // ...
10290             goto exit;
10291         // ...
10292             goto exit;
10293         // ...
10294     exit:
10295         ... common cleanup code ...
10296     }
10298 This is an ad-hoc simulation of destructors. Declare your resources with handles with destructors that clean up.
10300 ##### Enforcement
10302 * 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.
10304 ### <a name="Res-continue"></a>ES.77: ??? `continue`
10306 ##### Reason
10308  ???
10310 ##### Example
10312     ???
10314 ##### Enforcement
10318 ### <a name="Res-break"></a>ES.78: Always end a non-empty `case` with a `break`
10320 ##### Reason
10322  Accidentally leaving out a `break` is a fairly common bug.
10323  A deliberate fallthrough is a maintenance hazard.
10325 ##### Example
10327     switch (eventType)
10328     {
10329     case Information:
10330         update_status_bar();
10331         break;
10332     case Warning:
10333         write_event_log();
10334     case Error:
10335         display_error_window(); // Bad
10336         break;
10337     }
10339 It is easy to overlook the fallthrough. Be explicit:
10341     switch (eventType)
10342     {
10343     case Information:
10344         update_status_bar();
10345         break;
10346     case Warning:
10347         write_event_log();
10348         // fallthrough
10349     case Error:
10350         display_error_window(); // Bad
10351         break;
10352     }
10354 There is a proposal for a `[[fallthrough]]` annotation.
10356 ##### Note
10358 Multiple case labels of a single statement is OK:
10360     switch (x) {
10361     case 'a':
10362     case 'b':
10363     case 'f':
10364         do_something(x);
10365         break;
10366     }
10368 ##### Enforcement
10370 Flag all fallthroughs from non-empty `case`s.
10372 ### <a name="Res-default"></a>ES.79: ??? `default`
10374 ##### Reason
10376  ???
10378 ##### Example
10380     ???
10382 ##### Enforcement
10386 ### <a name="Res-empty"></a>ES.85: Make empty statements visible
10388 ##### Reason
10390 Readability.
10392 ##### Example
10394     for (i = 0; i < max; ++i);   // BAD: the empty statement is easily overlooked
10395     v[i] = f(v[i]);
10397     for (auto x : v) {           // better
10398         // nothing
10399     }
10400     v[i] = f(v[i]);
10402 ##### Enforcement
10404 Flag empty statements that are not blocks and don't contain comments.
10406 ### <a name="Res-loop-counter"></a>ES.86: Avoid modifying loop control variables inside the body of raw for-loops
10408 ##### Reason
10410 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.
10412 ##### Example
10414     for (int i = 0; i < 10; ++i) {
10415         // no updates to i -- ok
10416     }
10418     for (int i = 0; i < 10; ++i) {
10419         //
10420         if (/* something */) ++i; // BAD
10421         //
10422     }
10424     bool skip = false;
10425     for (int i = 0; i < 10; ++i) {
10426         if (skip) { skip = false; continue; }
10427         //
10428         if (/* something */) skip = true;  // Better: using two variable for two concepts.
10429         //
10430     }
10432 ##### Enforcement
10434 Flag variables that are potentially updated (have a non-const use) in both the loop control iteration-expression and the loop body.
10436 ## ES.expr: Expressions
10438 Expressions manipulate values.
10440 ### <a name="Res-complicated"></a>ES.40: Avoid complicated expressions
10442 ##### Reason
10444 Complicated expressions are error-prone.
10446 ##### Example
10448     // bad: assignment hidden in subexpression
10449     while ((c = getc()) != -1)
10451     // bad: two non-local variables assigned in a sub-expressions
10452     while ((cin >> c1, cin >> c2), c1 == c2)
10454     // better, but possibly still too complicated
10455     for (char c1, c2; cin >> c1 >> c2 && c1 == c2;)
10457     // OK: if i and j are not aliased
10458     int x = ++i + ++j;
10460     // OK: if i != j and i != k
10461     v[i] = v[j] + v[k];
10463     // bad: multiple assignments "hidden" in subexpressions
10464     x = a + (b = f()) + (c = g()) * 7;
10466     // bad: relies on commonly misunderstood precedence rules
10467     x = a & b + c * d && e ^ f == 7;
10469     // bad: undefined behavior
10470     x = x++ + x++ + ++x;
10472 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.
10474 ##### Note
10476 A programmer should know and use the basic rules for expressions.
10478 ##### Example
10480     x = k * y + z;             // OK
10482     auto t1 = k * y;           // bad: unnecessarily verbose
10483     x = t1 + z;
10485     if (0 <= x && x < max)   // OK
10487     auto t1 = 0 <= x;        // bad: unnecessarily verbose
10488     auto t2 = x < max;
10489     if (t1 && t2)            // ...
10491 ##### Enforcement
10493 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:
10495 * 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
10496 * writes to aliased variables
10497 * more than N operators (and what should N be?)
10498 * reliance of subtle precedence rules
10499 * uses undefined behavior (can we catch all undefined behavior?)
10500 * implementation defined behavior?
10501 * ???
10503 ### <a name="Res-parens"></a>ES.41: If in doubt about operator precedence, parenthesize
10505 ##### Reason
10507 Avoid errors. Readability. Not everyone has the operator table memorized.
10509 ##### Example
10511     const unsigned int flag = 2;
10512     unsigned int a = flag;
10514     if (a & flag != 0)  // bad: means a&(flag != 0)
10516 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.
10518     if ((a & flag) != 0)  // OK: works as intended
10520 ##### Note
10522 You should know enough not to need parentheses for:
10524     if (a < 0 || a <= max) {
10525         // ...
10526     }
10528 ##### Enforcement
10530 * Flag combinations of bitwise-logical operators and other operators.
10531 * Flag assignment operators not as the leftmost operator.
10532 * ???
10534 ### <a name="Res-ptr"></a>ES.42: Keep use of pointers simple and straightforward
10536 ##### Reason
10538 Complicated pointer manipulation is a major source of errors.
10540 * Do all pointer arithmetic on a `span` (exception ++p in simple loop???)
10541 * Avoid pointers to pointers
10542 * ???
10544 ##### Example
10546     ???
10548 ##### Enforcement
10550 We need a heuristic limiting the complexity of pointer arithmetic statement.
10552 ### <a name="Res-order"></a>ES.43: Avoid expressions with undefined order of evaluation
10554 ##### Reason
10556 You have no idea what such code does. Portability.
10557 Even if it does something sensible for you, it may do something different on another compiler (e.g., the next release of your compiler) or with a different optimizer setting.
10559 ##### Example
10561     v[i] = ++i;   //  the result is undefined
10563 A good rule of thumb is that you should not read a value twice in an expression where you write to it.
10565 ##### Example
10567     ???
10569 ##### Note
10571 What is safe?
10573 ##### Enforcement
10575 Can be detected by a good analyzer.
10577 ### <a name="Res-order-fct"></a>ES.44: Don't depend on order of evaluation of function arguments
10579 ##### Reason
10581 Because that order is unspecified.
10583 ##### Example
10585     int i = 0;
10586     f(++i, ++i);
10588 The call will most likely be `f(0, 1)` or `f(1, 0)`, but you don't know which. Technically, the behavior is undefined.
10590 ##### Example
10592 ??? overloaded operators can lead to order of evaluation problems (shouldn't :-()
10594     f1()->m(f2());   // m(f1(), f2())
10595     cout << f1() << f2();   // operator<<(operator<<(cout, f1()), f2())
10597 ##### Enforcement
10599 Can be detected by a good analyzer.
10601 ### <a name="Res-magic"></a>ES.45: Avoid "magic constants"; use symbolic constants
10603 ##### Reason
10605 Unnamed constants embedded in expressions are easily overlooked and often hard to understand:
10607 ##### Example
10609     for (int m = 1; m <= 12; ++m)   // don't: magic constant 12
10610         cout << month[m] << '\n';
10612 No, we don't all know that there are 12 months, numbered 1..12, in a year. Better:
10614     constexpr int month_count = 12;   // months are numbered 1..12
10616     for (int m = first_month; m <= month_count; ++m)   // better
10617         cout << month[m] << '\n';
10619 Better still, don't expose constants:
10621     for (auto m : month)
10622         cout << m << '\n';
10624 ##### Enforcement
10626 Flag literals in code. Give a pass to `0`, `1`, `nullptr`, `\n`, `""`, and others on a positive list.
10628 ### <a name="Res-narrowing"></a>ES.46: Avoid lossy (narrowing, truncating) arithmetic conversions
10630 ##### Reason
10632 A narrowing conversion destroys information, often unexpectedly so.
10634 ##### Example, bad
10636 A key example is basic narrowing:
10638     double d = 7.9;
10639     int i = d;    // bad: narrowing: i becomes 7
10640     i = (int) d;  // bad: we're going to claim this is still not explicit enough
10642     void f(int x, long y, double d)
10643     {
10644         char c1 = x;   // bad: narrowing
10645         char c2 = y;   // bad: narrowing
10646         char c3 = d;   // bad: narrowing
10647     }
10649 ##### Note
10651 The guideline support library offers a `narrow` operation for specifying that narrowing is acceptable and a `narrow` ("narrow if") that throws an exception if a narrowing would throw away information:
10653     i = narrow_cast<int>(d);   // OK (you asked for it): narrowing: i becomes 7
10654     i = narrow<int>(d);        // OK: throws narrowing_error
10656 We also include lossy arithmetic casts, such as from a negative floating point type to an unsigned integral type:
10658     double d = -7.9;
10659     unsigned u = 0;
10661     u = d;                          // BAD
10662     u = narrow_cast<unsigned>(d);   // OK (you asked for it): u becomes 0
10663     u = narrow<unsigned>(d);        // OK: throws narrowing_error
10665 ##### Enforcement
10667 A good analyzer can detect all narrowing conversions. However, flagging all narrowing conversions will lead to a lot of false positives. Suggestions:
10669 * flag all floating-point to integer conversions (maybe only `float`->`char` and `double`->`int`. Here be dragons! we need data)
10670 * flag all `long`->`char` (I suspect `int`->`char` is very common. Here be dragons! we need data)
10671 * consider narrowing conversions for function arguments especially suspect
10673 ### <a name="Res-nullptr"></a>ES.47: Use `nullptr` rather than `0` or `NULL`
10675 ##### Reason
10677 Readability. Minimize surprises: `nullptr` cannot be confused with an
10678 `int`. `nullptr` also has a well-specified (very restrictive) type, and thus
10679 works in more scenarios where type deduction might do the wrong thing on `NULL`
10680 or `0`.
10682 ##### Example
10684 Consider:
10686     void f(int);
10687     void f(char*);
10688     f(0);         // call f(int)
10689     f(nullptr);   // call f(char*)
10691 ##### Enforcement
10693 Flag uses of `0` and `NULL` for pointers. The transformation may be helped by simple program transformation.
10695 ### <a name="Res-casts"></a>ES.48: Avoid casts
10697 ##### Reason
10699 Casts are a well-known source of errors. Makes some optimizations unreliable.
10701 ##### Example
10703     ???
10705 ##### Note
10707 Programmer who write casts typically assumes that they know what they are doing.
10708 In fact, they often disable the general rules for using values.
10709 Overload resolution and template instantiation usually pick the right function if there is a right function to pick.
10710 If there is not, maybe there ought to be, rather than applying a local fix (cast).
10712 ##### Note
10714 Casts are necessary in a systems programming language.  For example, how else
10715 would we get the address of a device register into a pointer?  However, casts
10716 are seriously overused as well as a major source of errors.
10718 ##### Note
10720 If you feel the need for a lot of casts, there may be a fundamental design problem.
10722 ##### Enforcement
10724 * Force the elimination of C-style casts
10725 * Warn against named casts
10726 * Warn if there are many functional style casts (there is an obvious problem in quantifying 'many').
10728 ### <a name="Res-casts-named"></a>ES.49: If you must use a cast, use a named cast
10730 ##### Reason
10732 Readability. Error avoidance.
10733 Named casts are more specific than a C-style or functional cast, allowing the compiler to catch some errors.
10735 The named casts are:
10737 * `static_cast`
10738 * `const_cast`
10739 * `reinterpret_cast`
10740 * `dynamic_cast`
10741 * `std::move`         // `move(x)` is an rvalue reference to `x`
10742 * `std::forward`      // `forward(x)` is an rvalue reference to `x`
10743 * `gsl::narrow_cast`  // `narrow_cast<T>(x)` is `static_cast<T>(x)`
10744 * `gsl::narrow`       // `narrow<T>(x)` is `static_cast<T>(x)` if `static_cast<T>(x) == x` or it throws `narrowing_error`
10746 ##### Example
10748     ???
10750 ##### Note
10752 When converting between types with no information loss (e.g. from `float` to
10753 `double` or `int64` from `int32`), brace initialization may be used instead.
10755     double d{some_float};
10756     int64_t i{some_int32};
10758 This makes it clear that the type conversion was intended and also prevents
10759 conversions between types that might result in loss of precision. (It is a
10760 compilation error to try to initialize a `float` from a `double` in this fashion,
10761 for example.)
10763 ##### Enforcement
10765 Flag C-style and functional casts.
10767 ### <a name="Res-casts-const"></a>ES.50: Don't cast away `const`
10769 ##### Reason
10771 It makes a lie out of `const`.
10773 ##### Note
10775 Usually the reason to "cast away `const`" is to allow the updating of some transient information of an otherwise immutable object.
10776 Examples are caching, memoization, and precomputation.
10777 Such examples are often handled as well or better using `mutable` or an indirection than with a `const_cast`.
10779 ##### Example
10781 Consider keeping previously computed results around for a costly operation:
10783     int compute(int x); // compute a value for x; assume this to be costly
10785     class Cache {   // some type implementing a cache for an int->int operation
10786     public:
10787         pair<bool, int> find(int x) const;   // is there a value for x?
10788         void set(int x, int v);             // make y the value for x
10789         // ...
10790     private:
10791         // ...
10792     };
10794     class X {
10795     public:
10796         int get_val(int x)
10797         {
10798             auto p = cache.find(x);
10799             if (p.first) return p.second;
10800             int val = compute(x);
10801             cache.set(x, val); // insert value for x
10802             return val;
10803         }
10804         // ...
10805     private:
10806         Cache cache;
10807     };
10809 Here, `get_val()` is logically constant, so we would like to make it a `const` member.
10810 To do this we still need to mutate `cache`, so people sometimes resort to a `const_cast`:
10812     class X {   // Suspicious solution based on casting
10813     public:
10814         int get_val(int x) const
10815         {
10816             auto p = cache.find(x);
10817             if (p.first) return p.second;
10818             int val = compute(x);
10819             const_cast<Cache&>(cache).set(x, val);   // ugly
10820             return val;
10821         }
10822         // ...
10823     private:
10824         Cache cache;
10825     };
10827 Fortunately, there is a better solution:
10828 State that `cache` is mutable even for a `const` object:
10830     class X {   // better solution
10831     public:
10832         int get_val(int x) const
10833         {
10834             auto p = cache.find(x);
10835             if (p.first) return p.second;
10836             int val = compute(x);
10837             cache.set(x, val);
10838             return val;
10839         }
10840         // ...
10841     private:
10842         mutable Cache cache;
10843     };
10845 An alternative solution would to store a pointer to the `cache`:
10847     class X {   // OK, but slightly messier solution
10848     public:
10849         int get_val(int x) const
10850         {
10851             auto p = cache->find(x);
10852             if (p.first) return p.second;
10853             int val = compute(x);
10854             cache->set(x, val);
10855             return val;
10856         }
10857         // ...
10858     private:
10859         unique_ptr<Cache> cache;
10860     };
10862 That solution is the most flexible, but requires explicit construction and destruction of `*cache`
10863 (most likely in the constructor and destructor of `X`).
10865 In any variant, we must guard against data races on the `cache` in multithreaded code, possibly using a `std::mutex`.
10867 ##### Enforcement
10869 Flag `const_cast`s.
10871 ### <a name="Res-range-checking"></a>ES.55: Avoid the need for range checking
10873 ##### Reason
10875 Constructs that cannot overflow do not overflow (and usually run faster):
10877 ##### Example
10879     for (auto& x : v)      // print all elements of v
10880         cout << x << '\n';
10882     auto p = find(v, x);   // find x in v
10884 ##### Enforcement
10886 Look for explicit range checks and heuristically suggest alternatives.
10888 ### <a name="Res-move"></a>ES.56: Write `std::move()` only when you need to explicitly move an object to another scope
10890 ##### Reason
10892 We move, rather than copy, to avoid duplication and for improved performance.
10894 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).
10896 ##### Notes
10898 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.
10900 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`.
10902 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.
10904 ##### Example, bad
10906     void sink(X&& x);   // sink takes ownership of x
10908     void user()
10909     {
10910         X x;
10911         // error: cannot bind an lvalue to a rvalue reference
10912         sink(x);
10913         // OK: sink takes the contents of x, x must now be assumed to be empty
10914         sink(std::move(x));
10916         // ...
10918         // probably a mistake
10919         use(x);
10920     }
10922 Usually, a `std::move()` is used as an argument to a `&&` parameter.
10923 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.
10925     void f() {
10926         string s1 = "supercalifragilisticexpialidocious";
10928         string s2 = s1;             // ok, takes a copy
10929         assert(s1 == "supercalifragilisticexpialidocious");  // ok
10931         // bad, if you want to keep using s1's value
10932         string s3 = move(s1);
10934         // bad, assert will likely fail, s1 likely changed
10935         assert(s1 == "supercalifragilisticexpialidocious");
10936     }
10938 ##### Example
10940     void sink(unique_ptr<widget> p);  // pass ownership of p to sink()
10942     void f() {
10943         auto w = make_unique<widget>();
10944         // ...
10945         sink(std::move(w));               // ok, give to sink()
10946         // ...
10947         sink(w);    // Error: unique_ptr is carefully designed so that you cannot copy it
10948     }
10950 ##### Notes
10952 `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.
10953 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.
10955 Never write `std::move()` just because you've heard "it's more efficient."
10956 In general, don't believe claims of "efficiency" without data (???).
10957 In general, don't complicate your code without reason (??)
10959 ##### Example, bad
10961     vector<int> make_vector() {
10962         vector<int> result;
10963         // ... load result with data
10964         return std::move(result);       // bad; just write "return result;"
10965     }
10967 Never write `return move(local_variable);`, because the language already knows the variable is a move candidate.
10968 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.
10971 ##### Example, bad
10973     vector<int> v = std::move(make_vector());   // bad; the std::move is entirely redundant
10975 Never write `move` on a returned value such as `x = move(f());` where `f` returns by value.
10976 The language already knows that a returned value is a temporary object that can be moved from.
10978 ##### Example
10980     void mover(X&& x) {
10981         call_something(std::move(x));         // ok
10982         call_something(std::forward<X>(x));   // bad, don't std::forward an rvalue reference
10983         call_something(x);                    // suspicious, why not std::move?
10984     }
10986     template<class T>
10987     void forwarder(T&& t) {
10988         call_something(std::move(t));         // bad, don't std::move a forwarding reference
10989         call_something(std::forward<T>(t));   // ok
10990         call_something(t);                    // suspicious, why not std::forward?
10991     }
10993 ##### Enforcement
10995 * 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.
10996 * Flag functions taking an `S&&` parameter if there is no `const S&` overload to take care of lvalues.
10997 * Flag a `std::move`s argument passed to a parameter, except when the parameter type is one of the following: an `X&&` rvalue reference; a `T&&` forwarding reference where `T` is a template parameter type; or by value and the type is move-only.
10998 * Flag when `std::move` is applied to a forwarding reference (`T&&` where `T` is a template parameter type). Use `std::forward` instead.
10999 * Flag when `std::move` is applied to other than an rvalue reference. (More general case of the previous rule to cover the non-forwarding cases.)
11000 * Flag when `std::forward` is applied to an rvalue reference (`X&&` where `X` is a concrete type). Use `std::move` instead.
11001 * 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.)
11002 * 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.
11004 ### <a name="Res-new"></a>ES.60: Avoid `new` and `delete` outside resource management functions
11006 ##### Reason
11008 Direct resource management in application code is error-prone and tedious.
11010 ##### Note
11012 also known as "No naked `new`!"
11014 ##### Example, bad
11016     void f(int n)
11017     {
11018         auto p = new X[n];   // n default constructed Xs
11019         // ...
11020         delete[] p;
11021     }
11023 There can be code in the `...` part that causes the `delete` never to happen.
11025 **See also**: [R: Resource management](#S-resource).
11027 ##### Enforcement
11029 Flag naked `new`s and naked `delete`s.
11031 ### <a name="Res-del"></a>ES.61: Delete arrays using `delete[]` and non-arrays using `delete`
11033 ##### Reason
11035 That's what the language requires and mistakes can lead to resource release errors and/or memory corruption.
11037 ##### Example, bad
11039     void f(int n)
11040     {
11041         auto p = new X[n];   // n default constructed Xs
11042         // ...
11043         delete p;   // error: just delete the object p, rather than delete the array p[]
11044     }
11046 ##### Note
11048 This example not only violates the [no naked `new` rule](#Res-new) as in the previous example, it has many more problems.
11050 ##### Enforcement
11052 * if the `new` and the `delete` is in the same scope, mistakes can be flagged.
11053 * if the `new` and the `delete` are in a constructor/destructor pair, mistakes can be flagged.
11055 ### <a name="Res-arr2"></a>ES.62: Don't compare pointers into different arrays
11057 ##### Reason
11059 The result of doing so is undefined.
11061 ##### Example, bad
11063     void f(int n)
11064     {
11065         int a1[7];
11066         int a2[9];
11067         if (&a1[5] < &a2[7]) {}       // bad: undefined
11068         if (0 < &a1[5] - &a2[7]) {}   // bad: undefined
11069     }
11071 ##### Note
11073 This example has many more problems.
11075 ##### Enforcement
11079 ### <a name="Res-slice"></a>ES.63: Don't slice
11081 ##### Reason
11083 Slicing -- that is, copying only part of an object using assignment or initialization -- most often leads to errors because
11084 the object was meant to be considered as a whole.
11085 In the rare cases where the slicing was deliberate the code can be surprising.
11087 ##### Example
11089     class Shape { /* ... */ };
11090     class Circle : public Shape { /* ... */ Point c; int r; };
11092     Circle c {{0, 0}, 42};
11093     Shape s {c};    // copy Shape part of Circle
11095 The result will be meaningless because the center and radius will not be copied from `c` into `s`.
11096 The first defense against this is to [define the base class `Shape` not to allow this](#Rc-copy-virtual).
11098 ##### Alternative
11100 If you mean to slice, define an explicit operation to do so.
11101 This saves readers from confusion.
11102 For example:
11104     class Smiley : public Circle {
11105         public:
11106         Circle copy_circle();
11107         // ...
11108     };
11110     Smiley sm { /* ... */ };
11111     Circle c1 {sm};  // ideally prevented by the definition of Circle
11112     Circle c2 {sm.copy_circle()};
11114 ##### Enforcement
11116 Warn against slicing.
11118 ## <a name="SS-numbers"></a>Arithmetic
11120 ### <a name="Res-mix"></a>ES.100: Don't mix signed and unsigned arithmetic
11122 ##### Reason
11124 Avoid wrong results.
11126 ##### Example
11128     int x = -3;
11129     unsigned int y = 7;
11131     cout << x - y << '\n';  // unsigned result, possibly 4294967286
11132     cout << x + y << '\n';  // unsigned result: 4
11133     cout << x * y << '\n';  // unsigned result, possibly 4294967275
11135 It is harder to spot the problem in more realistic examples.
11137 ##### Note
11139 Unfortunately, C++ uses signed integers for array subscripts and the standard library uses unsigned integers for container subscripts.
11140 This precludes consistency.
11142 ##### Enforcement
11144 Compilers already know and sometimes warn.
11146 ### <a name="Res-unsigned"></a>ES.101: Use unsigned types for bit manipulation
11148 ##### Reason
11150 Unsigned types support bit manipulation without surprises from sign bits.
11152 ##### Example
11154     unsigned char x = 0b1010'1010;
11155     unsigned char y = ~x;   // y == 0b0101'0101;
11157 ##### Note
11159 Unsigned types can also be useful for modulo arithmetic.
11160 However, if you want modulo arithmetic add
11161 comments as necessary noting the reliance on wraparound behavior, as such code
11162 can be surprising for many programmers.
11164 ##### Enforcement
11166 * Just about impossible in general because of the use of unsigned subscripts in the standard library
11167 * ???
11169 ### <a name="Res-signed"></a>ES.102: Use signed types for arithmetic
11171 ##### Reason
11173 Because most arithmetic is assumed to be signed;
11174 `x-y` yields a negative number when `y>x` except in the rare cases where you really want modulo arithmetic.
11176 ##### Example
11178 Unsigned arithmetic can yield surprising results if you are not expecting it.
11179 This is even more true for mixed signed and unsigned arithmetic.
11181     template<typename T, typename T2>
11182     T subtract(T x, T2 y)
11183     {
11184         return x-y;
11185     }
11187     void test()
11188     {
11189         int s = 5;
11190         unsigned int us = 5;
11191         cout << subtract(s, 7) << '\n';     // -2
11192         cout << subtract(us, 7u) << '\n';   // 4294967294
11193         cout << subtract(s, 7u) << '\n';    // -2
11194         cout << subtract(us, 7) << '\n';    // 4294967294
11195         cout << subtract(s, us+2) << '\n';  // -2
11196         cout << subtract(us, s+2) << '\n';  // 4294967294
11197     }
11199 Here we have been very explicit about what's happening,
11200 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`?
11202 ##### Exception
11204 Use unsigned types if you really want modulo arithmetic - add
11205 comments as necessary noting the reliance on overflow behavior, as such code
11206 is going to be surprising for many programmers.
11208 ##### Example
11210 The standard library uses unsigned types for subscripts.
11211 The build-in array uses signed types for subscripts.
11212 This makes surprises (and bugs) inevitable.
11214     int a[10];
11215     for (int i=0; i < 10; ++i) a[i]=i;
11216     vector<int> v(10);
11217     // compares signed to unsigned; some compilers warn
11218     for (int i=0; v.size() < 10; ++i) v[i]=i;
11220     int a2[-2];         // error: negative size
11222     // OK, but the number of ints (4294967294) is so large that we should get an exception
11223     vector<int> v2(-2);
11225 ##### Enforcement
11227 * Flag mixed signed and unsigned arithmetic
11228 * Flag results of unsigned arithmetic assigned to or printed as signed.
11229 * Flag unsigned literals (e.g. `-2`) used as container subscripts.
11231 ### <a name="Res-overflow"></a>ES.103: Don't overflow
11233 ##### Reason
11235 Overflow usually makes your numeric algorithm meaningless.
11236 Incrementing a value beyond a maximum value can lead to memory corruption and undefined behavior.
11238 ##### Example, bad
11240     int a[10];
11241     a[10] = 7;   // bad
11243     int n = 0;
11244     while (n++ < 10)
11245         a[n - 1] = 9; // bad (twice)
11247 ##### Example, bad
11249     int n = numeric_limits<int>::max();
11250     int m = n + 1;   // bad
11252 ##### Example, bad
11254     int area(int h, int w) { return h * w; }
11256     auto a = area(10'000'000, 100'000'000);   // bad
11258 ##### Exception
11260 Use unsigned types if you really want modulo arithmetic.
11262 **Alternative**: For critical applications that can afford some overhead, use a range-checked integer and/or floating-point type.
11264 ##### Enforcement
11268 ### <a name="Res-underflow"></a>ES.104: Don't underflow
11270 ##### Reason
11272 Decrementing a value beyond a minimum value can lead to memory corruption and undefined behavior.
11274 ##### Example, bad
11276     int a[10];
11277     a[-2] = 7;   // bad
11279     int n = 101;
11280     while (n--)
11281         a[n - 1] = 9;   // bad (twice)
11283 ##### Exception
11285 Use unsigned types if you really want modulo arithmetic.
11287 ##### Enforcement
11291 ### <a name="Res-zero"></a>ES.105: Don't divide by zero
11293 ##### Reason
11295 The result is undefined and probably a crash.
11297 ##### Note
11299 This also applies to `%`.
11301 ##### Example; bad
11303     double divide(int a, int b) {
11304         // BAD, should be checked (e.g., in a precondition)
11305         return a / b;
11306     }
11308 ##### Example; good
11310     double divide(int a, int b) {
11311         // good, address via precondition (and replace with contracts once C++ gets them)
11312         Expects(b != 0);
11313         return a / b;
11314     }
11316     double divide(int a, int b) {
11317         // good, address via check
11318         return b ? a / b : quiet_NaN<double>();
11319     }
11321 **Alternative**: For critical applications that can afford some overhead, use a range-checked integer and/or floating-point type.
11323 ##### Enforcement
11325 * Flag division by an integral value that could be zero
11327 # <a name="S-performance"></a>Per: Performance
11329 ??? should this section be in the main guide???
11331 This section contains rules for people who need high performance or low-latency.
11332 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.
11333 The rules in this section are more restrictive and intrusive than what is needed for many (most) applications.
11334 Do not blindly try to follow them in general code: achieving the goals of low latency requires extra work.
11336 Performance rule summary:
11338 * [Per.1: Don't optimize without reason](#Rper-reason)
11339 * [Per.2: Don't optimize prematurely](#Rper-Knuth)
11340 * [Per.3: Don't optimize something that's not performance critical](#Rper-critical)
11341 * [Per.4: Don't assume that complicated code is necessarily faster than simple code](#Rper-simple)
11342 * [Per.5: Don't assume that low-level code is necessarily faster than high-level code](#Rper-low)
11343 * [Per.6: Don't make claims about performance without measurements](#Rper-measure)
11344 * [Per.7: Design to enable optimization](#Rper-efficiency)
11345 * [Per.10: Rely on the static type system](#Rper-type)
11346 * [Per.11: Move computation from run time to compile time](#Rper-Comp)
11347 * [Per.12: Eliminate redundant aliases](#Rper-alias)
11348 * [Per.13: Eliminate redundant indirections](#Rper-indirect)
11349 * [Per.14: Minimize the number of allocations and deallocations](#Rper-alloc)
11350 * [Per.15: Do not allocate on a critical branch](#Rper-alloc0)
11351 * [Per.16: Use compact data structures](#Rper-compact)
11352 * [Per.17: Declare the most used member of a time-critical struct first](#Rper-struct)
11353 * [Per.18: Space is time](#Rper-space)
11354 * [Per.19: Access memory predictably](#Rper-access)
11355 * [Per.30: Avoid context switches on the critical path](#Rper-context)
11357 ### <a name="Rper-reason"></a>Per.1: Don't optimize without reason
11359 ##### Reason
11361 If there is no need for optimization, the main result of the effort will be more errors and higher maintenance costs.
11363 ##### Note
11365 Some people optimize out of habit or because it's fun.
11369 ### <a name="Rper-Knuth"></a>Per.2: Don't optimize prematurely
11371 ##### Reason
11373 Elaborately optimized code is usually larger and harder to change than unoptimized code.
11377 ### <a name="Rper-critical"></a>Per.3: Don't optimize something that's not performance critical
11379 ##### Reason
11381 Optimizing a non-performance-critical part of a program has no effect on system performance.
11383 ##### Note
11385 If your program spends most of its time waiting for the web or for a human, optimization of in-memory computation is probably useless.
11387 Put another way: If your program spends 4% of its processing time doing
11388 computation A and 40% of its time doing computation B, a 50% improvement on A is
11389 only as impactful as a 5% improvement on B. (If you don't even know how much
11390 time is spent on A or B, see <a href="#Rper-reason">Per.1</a> and <a
11391 href="#Rper-Knuth">Per.2</a>.)
11393 ### <a name="Rper-simple"></a>Per.4: Don't assume that complicated code is necessarily faster than simple code
11395 ##### Reason
11397 Simple code can be very fast. Optimizers sometimes do marvels with simple code
11399 ##### Example, good
11401     // clear expression of intent, fast execution
11403     vector<uint8_t> v(100000);
11405     for (auto& c : v)
11406         c = ~c;
11408 ##### Example, bad
11410     // intended to be faster, but is actually slower
11412     vector<uint8_t> v(100000);
11414     for (size_t i = 0; i < v.size(); i += sizeof(uint64_t))
11415     {
11416         uint64_t& quad_word = *reinterpret_cast<uint64_t*>(&v[i]);
11417         quad_word = ~quad_word;
11418     }
11420 ##### Note
11426 ### <a name="Rper-low"></a>Per.5: Don't assume that low-level code is necessarily faster than high-level code
11428 ##### Reason
11430 Low-level code sometimes inhibits optimizations. Optimizers sometimes do marvels with high-level code.
11432 ##### Note
11438 ### <a name="Rper-measure"></a>Per.6: Don't make claims about performance without measurements
11440 ##### Reason
11442 The field of performance is littered with myth and bogus folklore.
11443 Modern hardware and optimizers defy naive assumptions; even experts are regularly surprised.
11445 ##### Note
11447 Getting good performance measurements can be hard and require specialized tools.
11449 ##### Note
11451 A few simple microbenchmarks using Unix `time` or the standard library `<chrono>` can help dispel the most obvious myths.
11452 If you can't measure your complete system accurately, at least try to measure a few of your key operations and algorithms.
11453 A profiler can help tell you which parts of your system are performance critical.
11454 Often, you will be surprised.
11458 ### <a name="Rper-efficiency"></a>Per.7: Design to enable optimization
11460 ##### Reason
11462 Because we often need to optimize the initial design.
11463 Because a design that ignore the possibility of later improvement is hard to change.
11465 ##### Example
11467 From the C (and C++) standard:
11469     void qsort (void* base, size_t num, size_t size, int (*compar)(const void*, const void*));
11471 When did you even want to sort memory?
11472 Really, we sort sequences of elements, typically stored in containers.
11473 A call to `qsort` throws away much useful information (e.g., the element type), forces the user to repeat information
11474 already known (e.g., the element size), and forces the user to write extra code (e.g., a function to compare `double`s).
11475 This implies added work for the programmer, is error prone, and deprives the compiler of information needed for optimization.
11477     double data[100];
11478     // ... fill a ...
11480     // 100 chunks of memory of sizeof(double) starting at
11481     // address data using the order defined by compare_doubles
11482     qsort(data, 100, sizeof(double), compare_doubles);
11484 From the point of view of interface design is that `qsort` throws away useful information.
11486 We can do better (in C++98)
11488     template<typename Iter>
11489         void sort(Iter b, Iter e);  // sort [b:e)
11491     sort(data, data + 100);
11493 Here, we use the compiler's knowledge about the size of the array, the type of elements, and how to compare `double`s.
11495 With C++11 plus [concepts](#???), we can do better still
11497     // Sortable specifies that c must be a
11498     // random-access sequence of elements comparable with <
11499     void sort(Sortable& c);
11501     sort(c);
11503 The key is to pass sufficient information for a good implementation to be chosen.
11504 In this, the `sort` interfaces shown here still have a weakness:
11505 They implicitly rely on the element type having less-than (`<`) defined.
11506 To complete the interface, we need a second version that accepts a comparison criteria:
11508     // compare elements of c using p
11509     void sort(Sortable& c, Predicate<Value_type<Sortable>> p);
11511 The standard-library specification of `sort` offers those two versions,
11512 but the semantics is expressed in English rather than code using concepts.
11514 ##### Note
11516 Premature optimization is said to be [the root of all evil](#Rper-Knuth), but that's not a reason to despise performance.
11517 It is never premature to consider what makes a design amenable to improvement, and improved performance is a commonly desired improvement.
11518 Aim to build a set of habits that by default results in efficient, maintainable, and optimizable code.
11519 In particular, when you write a function that is not a one-off implementation detail, consider
11521 * Information passing:
11522 Prefer clean [interfaces](#S-interfaces) carrying sufficient information for later improvement of implementation.
11523 Note that information flows into and out of an implementation through the interfaces we provide.
11524 * Compact data: By default, [use compact data](#Rper-compact), such as `std::vector` and [access it in a systematic fashion](#Rper-access).
11525 If you think you need a linked structure, try to craft the interface so that this structure isn't seen by users.
11526 * Function argument passing and return:
11527 Distinguish between mutable and non-mutable data.
11528 Don't impose a resource management burden on your users.
11529 Don't impose spurious run-time indirections on your users.
11530 Use [conventional ways](#Rf-conventional) of passing information through an interface;
11531 unconventional and/or "optimized" ways of passing data can seriously complicate later reimplementation.
11532 * Abstraction:
11533 Don't overgeneralize; a design that tries to cater for every possible use (and misuse) and defers every design decision for later
11534 (using compile-time or run-time indirections) is usually a complicated, bloated, hard-to-understand mess.
11535 Generalize from concrete examples, preserving performance as we generalize.
11536 Do not generalize based on mere speculation about future needs.
11537 The ideal is zero-overhead generalization.
11538 * Libraries:
11539 Use libraries with good interfaces.
11540 If no library is available build one yourself and imitate the interface style from a good library.
11541 The [standard library](#S-stdlib) is a good first place to look for inspiration.
11542 * Isolation:
11543 Isolate your code from messy and/or old style code by providing an interface of your choosing to it.
11544 This is sometimes called "providing a wrapper" for the useful/necessary but messy code.
11545 Don't let bad designs "bleed into" your code.
11547 ##### Example
11549 Consider:
11551     template <class ForwardIterator, class T>
11552     bool binary_search(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);
11554 `binary_search(begin(c), end(c), 7)` will tell you whether `7` is in `c` or not.
11555 However, it will not tell you where that `7` is or whether there are more than one `7`.
11557 Sometimes, just passing the minimal amount of information back (here, `true` or `false`) is sufficient, but a good interface passes
11558 needed information back to the caller. Therefore, the standard library also offers
11560     template <class ForwardIterator, class T>
11561     ForwardIterator lower_bound(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);
11563 `lower_bound` returns an iterator to the first match if any, otherwise `last`.
11565 However, `lower_bound` still doesn't return enough information for all uses, so the standard library also offers
11567     template <class ForwardIterator, class T>
11568     pair<ForwardIterator, ForwardIterator>
11569     equal_range(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);
11571 `equal_range` returns a `pair` of iterators specifying the first and one beyond last match.
11573     auto r = equal_range(begin(c), end(c), 7);
11574     for (auto p = r.first(); p != r.second(), ++p)
11575         cout << *p << '\n';
11577 Obviously, these three interfaces are implemented by the same basic code.
11578 They are simply three ways of presenting the basic binary search algorithm to users,
11579 ranging from the simplest ("make simple things simple!")
11580 to returning complete, but not always needed, information ("don't hide useful information").
11581 Naturally, crafting such a set of interfaces requires experience and domain knowledge.
11583 ##### Note
11585 Do not simply craft the interface to match the first implementation and the first use case you think of.
11586 Once your first initial implementation is complete, review it; once you deploy it, mistakes will be hard to remedy.
11588 ##### Note
11590 A need for efficiency does not imply a need for [low-level code](#Rper-low).
11591 High-level code does not imply slow or bloated.
11593 ##### Note
11595 Things have costs.
11596 Don't be paranoid about costs (modern computers really are very fast),
11597 but have a rough idea of the order of magnitude of cost of what you use.
11598 For example, have a rough idea of the cost of
11599 a memory access,
11600 a function call,
11601 a string comparison,
11602 a system call,
11603 a disk access,
11604 and a message through a network.
11606 ##### Note
11608 If you can only think of one implementation, you probably don't have something for which you can devise a stable interface.
11609 Maybe, it is just an implementation detail - not every piece of code needs a stable interface - but pause and consider.
11610 One question that can be useful is
11611 "what interface would be needed if this operation should be implemented using multiple threads? be vectorized?"
11613 ##### Note
11615 This rule does not contradict the [Don't optimize prematurely](#Rper-Knuth) rule.
11616 It complements it encouraging developers enable later - appropriate and non-premature - optimization, if and where needed.
11618 ##### Enforcement
11620 Tricky.
11621 Maybe looking for `void*` function arguments will find examples of interfaces that hinder later optimization.
11623 ### <a name="Rper-type"></a>Per.10: Rely on the static type system
11625 ##### Reason
11627 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.
11631 ### <a name="Rper-Comp"></a>Per.11: Move computation from run time to compile time
11635 ### <a name="Rper-alias"></a>Per.12: Eliminate redundant aliases
11639 ### <a name="Rper-indirect"></a>Per.13: Eliminate redundant indirections
11643 ### <a name="Rper-alloc"></a>Per.14: Minimize the number of allocations and deallocations
11647 ### <a name="Rper-alloc0"></a>Per.15: Do not allocate on a critical branch
11651 ### <a name="Rper-compact"></a>Per.16: Use compact data structures
11653 ##### Reason
11655 Performance is typically dominated by memory access times.
11659 ### <a name="Rper-struct"></a>Per.17: Declare the most used member of a time-critical struct first
11663 ### <a name="Rper-space"></a>Per.18: Space is time
11665 ##### Reason
11667 Performance is typically dominated by memory access times.
11671 ### <a name="Rper-access"></a>Per.19: Access memory predictably
11673 ##### Reason
11675 Performance is very sensitive to cache performance and cache algorithms favor simple (usually linear) access to adjacent data.
11677 ##### Example
11679     int matrix[rows][cols];
11681     // bad
11682     for (int c = 0; c < cols; ++c)
11683         for (int r = 0; r < rows; ++r)
11684             sum += matrix[r][c];
11686     // good
11687     for (int r = 0; r < rows; ++r)
11688         for (int c = 0; c < cols; ++c)
11689             sum += matrix[r][c];
11691 ### <a name="Rper-context"></a>Per.30: Avoid context switches on the critical path
11695 # <a name="S-concurrency"></a>CP: Concurrency and Parallelism
11697 We often want our computers to do many tasks at the same time (or at least make them appear to do them at the same time).
11698 The reasons for doing so varies (e.g., wanting to wait for many events using only a single processor, processing many data streams simultaneously, or utilizing many hardware facilities)
11699 and so does the basic facilities for expressing concurrency and parallelism.
11700 Here, we articulate a few general principles and rules for using the ISO standard C++ facilities for expressing basic concurrency and parallelism.
11702 The core machine support for concurrent and parallel programming is the thread.
11703 Threads allow you to run multiple instances of your program independently, while sharing
11704 the same memory. Concurrent programming is tricky for many reasons, most
11705 importantly that it is undefined behavior to read data in one thread after it
11706 was written by another thread, if there is no proper synchronization between
11707 those threads. Making existing single-threaded code execute concurrently can be
11708 as trivial as adding `std::async` or `std::thread` strategically, or it can
11709 necessitate a full rewrite, depending on whether the original code was written
11710 in a thread-friendly way.
11712 The concurrency/parallelism rules in this document are designed with three goals
11713 in mind:
11715 * To help you write code that is amenable to being used in a threaded
11716   environment
11717 * To show clean, safe ways to use the threading primitives offered by the
11718   standard library
11719 * To offer guidance on what to do when concurrency and parallelism aren't giving
11720   you the performance gains you need
11722 It is also important to note that concurrency in C++ is an unfinished
11723 story. C++11 introduced many core concurrency primitives, C++14 improved on
11724 them, and it seems that there is much interest in making the writing of
11725 concurrent programs in C++ even easier. We expect some of the library-related
11726 guidance here to change significantly over time.
11728 This section needs a lot of work (obviously).
11729 Please note that we start with rules for relative non-experts.
11730 Real experts must wait a bit;
11731 contributions are welcome,
11732 but please think about the majority of programmers who are struggling to get their concurrent programs correct and performant.
11734 Concurrency and parallelism rule summary:
11736 * [CP.1: Assume that your code will run as part of a multi-threaded program](#Rconc-multi)
11737 * [CP.2: Avoid data races](#Rconc-races)
11738 * [CP.3: Minimize explicit sharing of writable data](#Rconc-data)
11739 * [CP.4: Think in terms of tasks, rather than threads](#Rconc-task)
11740 * [CP.8: Don't try to use `volatile` for synchronization](#Rconc-volatile)
11741 * [CP.9: Whenever feasible use tools to validate your concurrent code](#Rconc-tools)
11743 See also:
11745 * [CP.con: Concurrency](#SScp-con)
11746 * [CP.par: Parallelism](#SScp-par)
11747 * [CP.mess: Message passing](#SScp-mess)
11748 * [CP.vec: Vectorization](#SScp-vec)
11749 * [CP.free: Lock-free programming](#SScp-free)
11750 * [CP.etc: Etc. concurrency rules](#SScp-etc)
11752 ### <a name="Rconc-multi"></a>CP.1: Assume that your code will run as part of a multi-threaded program
11754 ##### Reason
11756 It is hard to be certain that concurrency isn't used now or will be sometime in the future.
11757 Code gets re-used.
11758 Libraries using threads may be used from some other part of the program.
11759 Note that this applies most urgently to library code and least urgently to stand-alone applications.
11760 However, thanks to the magic of cut-and-paste, code fragments can turn up in unexpected places.
11762 ##### Example
11764     double cached_computation(double x)
11765     {
11766         static double cached_x = 0.0;
11767         static double cached_result = COMPUTATION_OF_ZERO;
11768         double result;
11770         if (cached_x == x)
11771             return cached_result;
11772         result = computation(x);
11773         cached_x = x;
11774         cached_result = result;
11775         return result;
11776     }
11778 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.
11780 There are several ways that this example could be made safe for a multi-threaded environment:
11782 * Delegate concurrency concerns upwards to the caller.
11783 * Mark the `static` variables as `thread_local` (which might make caching less effective).
11784 * Implement concurrency control, for example, protecting the two `static` variables with a `static` lock (which might reduce performance).
11785 * Have the caller provide the memory to be used for the cache, thereby delegating both memory allocation and concurrency concerns upwards to the caller.
11786 * Refuse to build and/or run in a multi-threaded environment.
11787 * Provide two implementations, one which is used in single-threaded environments and another which is used in multi-threaded environments.
11789 ##### Exception
11791 Code that is never run in a multi-threaded environment.
11793 Be careful: there are many examples where code that was "known" to never run in a multi-threaded program
11794 was run as part of a multi-threaded program. Often years later.
11795 Typically, such programs lead to a painful effort to remove data races.
11796 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.
11798 ### <a name="Rconc-races"></a>CP.2: Avoid data races
11800 ##### Reason
11802 Unless you do, nothing is guaranteed to work and subtle errors will persist.
11804 ##### Note
11806 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.
11807 For further information of how to use synchronization well to eliminate data races, please consult a good book about concurrency.
11809 ##### Example, bad
11811 There are many examples of data races that exist, some of which are running in
11812 production software at this very moment. One very simple example:
11814     int get_id() {
11815       static int id = 1;
11816       return id++;
11817     }
11819 The increment here is an example of a data race. This can go wrong in many ways,
11820 including:
11822 * Thread A loads the value of `id`, the OS context switches A out for some
11823   period, during which other threads create hundreds of IDs. Thread A is then
11824   allowed to run again, and `id` is written back to that location as A's read of
11825   `id` plus one.
11826 * Thread A and B load `id` and increment it simultaneously.  They both get the
11827   same ID.
11829 Local static variables are a common source of data races.
11831 ##### Example, bad:
11833     void f(fstream&  fs, regex pat)
11834     {
11835         array<double, max> buf;
11836         int sz = read_vec(fs, buf, max);            // read from fs into buf
11837         gsl::span<double> s {buf};
11838         // ...
11839         auto h1 = async([&]{ sort(par, s); });     // spawn a task to sort
11840         // ...
11841         auto h2 = async([&]{ return find_all(buf, sz, pat); });   // span a task to find matches
11842         // ...
11843     }
11845 Here, we have a (nasty) data race on the elements of `buf` (`sort` will both read and write).
11846 All data races are nasty.
11847 Here, we managed to get a data race on data on the stack.
11848 Not all data races are as easy to spot as this one.
11850 ##### Example, bad:
11852     // code not controlled by a lock
11854     unsigned val;
11856     if (val < 5) {
11857         // ... other thread can change val here ...
11858         switch (val) {
11859         case 0: // ...
11860         case 1: // ...
11861         case 2: // ...
11862         case 3: // ...
11863         case 4: // ...
11864         }
11865     }
11867 Now, a compiler that does not know that `val` can change will  most likely implement that `switch` using a jump table with five entries.
11868 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.
11869 Really, "all bets are off" if you get a data race.
11870 Actually, it can be worse still: by looking at the generated code you may be able to determine where the stray jump will go for a given value;
11871 this can be a security risk.
11873 ##### Enforcement
11875 Some is possible, do at least something.
11876 There are commercial and open-source tools that try to address this problem,
11877 but be aware that solutions have costs and blind spots.
11878 Static tools often have many false positives and run-time tools often have a significant cost.
11879 We hope for better tools.
11880 Using multiple tools can catch more problems than a single one.
11882 There are other ways you can mitigate the chance of data races:
11884 * Avoid global data
11885 * Avoid `static` variables
11886 * More use of value types on the stack (and don't pass pointers around too much)
11887 * More use of immutable data (literals, `constexpr`, and `const`)
11889 ### <a name="Rconc-data"></a>CP.3: Minimize explicit sharing of writable data
11891 ##### Reason
11893 If you don't share writable data, you can't have a data race.
11894 The less sharing you do, the less chance you have to forget to synchronize access (and get data races).
11895 The less sharing you do, the less chance you have to wait on a lock (so performance can improve).
11897 ##### Example
11899     bool validate(const vector<Reading>&);
11900     Graph<Temp_node> temperature_gradiants(const vector<Reading>&);
11901     Image altitude_map(const vector<Reading>&);
11902     // ...
11904     void process_readings(istream& socket1)
11905     {
11906         vector<Reading> surface_readings;
11907         socket1 >> surface_readings;
11908         if (!socket1) throw Bad_input{};
11910         auto h1 = async([&] { if (!validate(surface_readings) throw Invalide_data{}; });
11911         auto h2 = async([&] { return temperature_gradiants(surface_readings); });
11912         auto h3 = async([&] { return altitude_map(surface_readings); });
11913         // ...
11914         auto v1 = h1.get();
11915         auto v2 = h2.get();
11916         auto v3 = h3.get();
11917         // ...
11918     }
11920 Without those `const`s, we would have to review every asynchronously invoked function for potential data races on `surface_readings`.
11922 ##### Note
11924 Immutable data can be safely and efficiently shared.
11925 No locking is needed: You can't have a data race on a constant.
11927 ##### Enforcement
11932 ### <a name="Rconc-task"></a>CP.4: Think in terms of tasks, rather than threads
11934 ##### Reason
11936 A `thread` is an implementation concept, a way of thinking about the machine.
11937 A task is an application notion, something you'd like to do, preferably concurrently with other tasks.
11938 Application concepts are easier to reason about.
11940 ##### Example
11942     ???
11944 ##### Note
11946 With the exception of `async()`, the standard-library facilities are low-level, machine-oriented, threads-and-lock level.
11947 This is a necessary foundation, but we have to try to raise the level of abstraction: for productivity, for reliability, and for performance.
11948 This is a potent argument for using higher level, more applications-oriented libraries (if possibly, built on top of standard-library facilities).
11950 ##### Enforcement
11954 ### <a name="Rconc-volatile"></a>CP.8: Don't try to use `volatile` for synchronization
11956 ##### Reason
11958 In C++, unlike some other languages, `volatile` does not provide atomicity, does not synchronize between threads,
11959 and does not prevent instruction reordering (neither compiler nor hardware).
11960 It simply has nothing to do with concurrency.
11962 ##### Example, bad:
11964     int free_slots = max_slots; // current source of memory for objects
11966     Pool* use()
11967     {
11968         if (int n = free_slots--) return &pool[n];
11969     }
11971 Here we have a problem:
11972 This is perfectly good code in a single-threaded program, but have two treads execute this and
11973 there is a race condition on `free_slots` so that two threads might get the same value and `free_slots`.
11974 That's (obviously) a bad data race, so people trained in other languages may try to fix it like this:
11976     volatile int free_slots = max_slots; // current source of memory for objects
11978     Pool* use()
11979     {
11980         if (int n = free_slots--) return &pool[n];
11981     }
11983 This has no effect on synchronization: The data race is still there!
11985 The C++ mechanism for this is `atomic` types:
11987     atomic<int> free_slots = max_slots; // current source of memory for objects
11989     Pool* use()
11990     {
11991         if (int n = free_slots--) return &pool[n];
11992     }
11994 Now the `--` operation is atomic,
11995 rather than a read-increment-write sequence where another thread might get in-between the individual operations.
11997 ##### Alternative
11999 Use `atomic` types where you might have used `volatile` in some other language.
12000 Use a `mutex` for more complicated examples.
12002 ##### See also
12004 [(rare) proper uses of `volatile`](#Rconc-volatile2)
12006 ### <a name="Rconc-tools"></a>CP.9: Whenever feasible use tools to validate your concurrent code
12008 Experience shows that concurrent code is exceptionally hard to get right
12009 and that compile-time checking, run-time checks, and testing are less effective at finding concurrency errors
12010 than they are at finding errors in sequential code.
12011 Subtle concurrency errors can have dramatically bad effects, including memory corruption and deadlocks.
12013 ##### Example
12015     ???
12017 ##### Note
12019 Thread safety is challenging, often getting the better of experienced programmers: tooling is an important strategy to mitigate those risks.
12020 There are many tools "out there", both commercial and open-source tools, both research and production tools.
12021 Unfortunately people's needs and constraints differ so dramatically that we cannot make specific recommendations,
12022 but we can mention:
12024 * Static enforcement tools: both [clang](http://clang.llvm.org/docs/ThreadSafetyAnalysis.html)
12025 and some older versions of [GCC](https://gcc.gnu.org/wiki/ThreadSafetyAnnotation)
12026 have some support for static annotation of thread safety properties.
12027 Consistent use of this technique turns many classes of thread-safety errors into compile-time errors.
12028 The annotations are generally local (marking a particular member variable as guarded by a particular mutex),
12029 and are usually easy to learn. However, as with many static tools, it can often present false negatives;
12030 cases that should have been caught but were allowed.
12032 * dynamic enforcement tools: Clang's [Thread Sanitizer](http://clang.llvm.org/docs/ThreadSanitizer.html) (aka TSAN)
12033 is a powerful example of dynamic tools: it changes the build and execution of your program to add bookkeeping on memory access,
12034 absolutely identifying data races in a given execution of your binary.
12035 The cost for this is both memory (5-10x in most cases) and CPU slowdown (2-20x).
12036 Dynamic tools like this are best when applied to integration tests, canary pushes, or unittests that operate on multiple threads.
12037 Workload matters: When TSAN identifies a problem, it is effectively always an actual data race,
12038 but it can only identify races seen in a given execution.
12040 ##### Enforcement
12042 It is up to an application builder to choose which support tools are valuable for a particular applications.
12044 ## <a name="SScp-con"></a>CP.con: Concurrency
12046 This section focuses on relatively ad-hoc uses of multiple threads communicating through shared data.
12048 * For parallel algorithms, see [parallelism](#SScp-par)
12049 * For inter-task communication without explicit sharing, see [messaging](#SScp-mess)
12050 * For vector parallel code, see [vectorization](#SScp-vec)
12051 * For lock-free programming, see [lock free](#SScp-free)
12053 Concurrency rule summary:
12055 * [CP.20: Use RAII, never plain `lock()`/`unlock()`](#Rconc-raii)
12056 * [CP.21: Use `std::lock()` to acquire multiple `mutex`es](#Rconc-lock)
12057 * [CP.22: Never call unknown code while holding a lock (e.g., a callback)](#Rconc-unknown)
12058 * [CP.23: Think of a joining `thread` as a scoped container](#Rconc-join)
12059 * [CP.24: Think of a detached `thread` as a global container](#Rconc-detach)
12060 * [CP.25: Prefer `gsl::raii_thread` over `std::thread` unless you plan to `detach()`](#Rconc-raii_thread)
12061 * [CP.26: Prefer `gsl::detached_thread` over `std::thread` if you plan to `detach()`](#Rconc-detached_thread)
12062 * [CP.27: Use plain `std::thread` for `thread`s that detach based on a run-time condition (only)](#Rconc-thread)
12063 * [CP.28: Remember to join scoped `thread`s that are not `detach()`ed](#Rconc-join-undetached)
12064 * [CP.30: Do not pass pointers to local variables to non-`raii_thread`s](#Rconc-pass)
12065 * [CP.31: Pass small amounts of data between threads by value, rather than by reference or pointer](#Rconc-data-by-value)
12066 * [CP.32: To share ownership between unrelated `thread`s use `shared_ptr`](#Rconc-shared)
12067 * [CP.40: Minimize context switching](#Rconc-switch)
12068 * [CP.41: Minimize thread creation and destruction](#Rconc-create)
12069 * [CP.42: Don't `wait` without a condition](#Rconc-wait)
12070 * [CP.43: Minimize time spent in a critical section](#Rconc-time)
12071 * [CP.44: Remember to name your `lock_guard`s and `unique_lock`s](#Rconc-name)
12072 * [CP.50: Define a `mutex` together with the data it protects](#Rconc-mutex)
12073 * ??? when to use a spinlock
12074 * ??? when to use `try_lock()`
12075 * ??? when to prefer `lock_guard` over `unique_lock`
12076 * ??? Time multiplexing
12077 * ??? when/how to use `new thread`
12079 ### <a name="Rconc-raii"></a>CP.20: Use RAII, never plain `lock()`/`unlock()`
12081 ##### Reason
12083 Avoids nasty errors from unreleased locks.
12085 ##### Example, bad
12087     mutex mtx;
12089     void do_stuff()
12090     {
12091         mtx.lock();
12092         // ... do stuff ...
12093         mtx.unlock();
12094     }
12096 Sooner or later, someone will forget the `mtx.unlock()`, place a `return` in the `... do stuff ...`, throw an exception, or something.
12098     mutex mtx;
12100     void do_stuff()
12101     {
12102         unique_lock<mutex> lck {mtx};
12103         // ... do stuff ...
12104     }
12106 ##### Enforcement
12108 Flag calls of member `lock()` and `unlock()`.  ???
12111 ### <a name="Rconc-lock"></a>CP.21: Use `std::lock()` to acquire multiple `mutex`es
12113 ##### Reason
12115 To avoid deadlocks on multiple `mutex`s
12117 ##### Example
12119 This is asking for deadlock:
12121     // thread 1
12122     lock_guard<mutex> lck1(m1);
12123     lock_guard<mutex> lck2(m2);
12125     // thread 2
12126     lock_guard<mutex> lck2(m2);
12127     lock_guard<mutex> lck1(m1);
12129 Instead, use `lock()`:
12131     // thread 1
12132     lock_guard<mutex> lck1(m1, defer_lock);
12133     lock_guard<mutex> lck2(m2, defer_lock);
12134     lock(lck1, lck2);
12136     // thread 2
12137     lock_guard<mutex> lck2(m2, defer_lock);
12138     lock_guard<mutex> lck1(m1, defer_lock);
12139     lock(lck2, lck1);
12141 Here, the writers of `thread1` and `thread2` are still not agreeing on the order of the `mutex`es, but order no longer matters.
12143 ##### Note
12145 In real code, `mutex`es are rarely named to conveniently remind the programmer of an intended relation and intended order of acquisition.
12146 In real code, `mutex`es are not always conveniently acquired on consecutive lines.
12148 I'm really looking forward to be able to write plain
12150     lock_guard lck1(m1, defer_lock);
12152 and have the `mutex` type deduced.
12154 ##### Enforcement
12156 Detect the acquisition of multiple `mutex`es.
12157 This is undecidable in general, but catching common simple examples (like the one above) is easy.
12160 ### <a name="Rconc-unknown"></a>CP.22: Never call unknown code while holding a lock (e.g., a callback)
12162 ##### Reason
12164 If you don't know what a piece of code does, you are risking deadlock.
12166 ##### Example
12168     void do_this(Foo* p)
12169     {
12170         lock_guard<mutex> lck {my_mutex};
12171         // ... do something ...
12172         p->act(my_data);
12173         // ...
12174     }
12176 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),
12177 it may call `do_this` (recursively) and cause a deadlock on `my_mutex`.
12178 Maybe it will lock on a different mutex and not return in a reasonable time, causing delays to any code calling `do_this`.
12180 ##### Example
12182 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.
12183 Such problem can often be solved by using a `recursive_mutex`. For example:
12185     recursive_mutex my_mutex;
12187     template<typename Action>
12188     void do_something(Action f)
12189     {
12190         unique_lock<recursive_mutex> lck {my_mutex};
12191         // ... do something ...
12192         f(this);    // f will do something to *this
12193         // ...
12194     }
12196 If, as it is likely, `f()` invokes operations on `*this`, we must make sure that the object's invariant holds before the call.
12198 ##### Enforcement
12200 * Flag calling a virtual function with a non-recursive `mutex` held
12201 * Flag calling a callback with a non-recursive `mutex` held
12204 ### <a name="Rconc-join"></a>CP.23: Think of a joining `thread` as a scoped container
12206 ##### Reason
12208 To maintain pointer safety and avoid leaks, we need to consider what pointers are used by a `thread`.
12209 If a `thread` joins, we can safely pass pointers to objects in the scope of the `thread` and its enclosing scopes.
12211 ##### Example
12213     void f(int * p)
12214     {
12215         // ...
12216         *p = 99;
12217         // ...
12218     }
12219     int glob = 33;
12221     void some_fct(int* p)
12222     {
12223         int x = 77;
12224         raii_thread t0(f, &x);           // OK
12225         raii_thread t1(f, p);            // OK
12226         raii_thread t2(f, &glob);        // OK
12227         auto q = make_unique<int>(99);
12228         raii_thread t3(f, q.get());      // OK
12229         // ...
12230     }
12232 An `raii_thread` is a `std::thread` with a destructor that joined and cannot be `detached()`.
12233 By "OK" we mean that the object will be in scope ("live") for as long as a `thread` can use the pointer to it.
12234 The fact that `thread`s run concurrently doesn't affect the lifetime or ownership issues here;
12235 these `thread`s can be seen as just a function object called from `some_fct`.
12237 ##### Enforcement
12239 Ensure that `raii_thread`s don't `detach()`.
12240 After that, the usual lifetime and ownership (for local objects) enforcement applies.
12243 ### <a name="Rconc-detach"></a>CP.24: Think of a detached `thread` as a global container
12245 ##### Reason
12247 To maintain pointer safety and avoid leaks, we need to consider what pointers are used by a `thread`.
12248 If a `thread` is detached, we can safely pass pointers to static and free store objects (only).
12250 ##### Example
12252     void f(int * p)
12253     {
12254         // ...
12255         *p = 99;
12256         // ...
12257     }
12259     int glob = 33;
12261     void some_fct(int* p)
12262     {
12263         int x = 77;
12264         std::thread t0(f, &x);           // bad
12265         std::thread t1(f, p);            // bad
12266         std::thread t2(f, &glob);        // OK
12267         auto q = make_unique<int>(99);
12268         std::thread t3(f, q.get());      // bad
12269         // ...
12270         t0.detach();
12271         t1.detach();
12272         t2.detach();
12273         t3.detach();
12274         // ...
12275     }
12277 By "OK" we mean that the object will be in scope ("live") for as long as a `thread` can use the pointers to it.
12278 By "bad" we mean that a `thread` may use a pointer after the pointed-to object is destroyed.
12279 The fact that `thread`s run concurrently doesn't affect the lifetime or ownership issues here;
12280 these `thread`s can be seen as just a function object called from `some_fct`.
12282 ##### Enforcement
12284 In general, it is undecidable whether a `detach()` is executed for a `thread`, but simple common cases are easily detected.
12285 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;
12286 After that, the usual lifetime and ownership (for global objects) enforcement applies.
12289 ### <a name="Rconc-raii_thread"></a>CP.25: Prefer `gsl::raii_thread` over `std::thread` unless you plan to `detach()`
12291 ##### Reason
12293 An `raii_thread` is a thread that joins at the end of its scope.
12295 Detached threads are hard to monitor.
12297 ??? Place all "immortal threads" on the free store rather than `detach()`?
12299 ##### Example
12301     ???
12303 ##### Enforcement
12307 ### <a name="Rconc-detached_thread"></a>CP.26: Prefer `gsl::detached_thread` over `std::thread` if you plan to `detach()`
12309 ##### Reason
12311 Often, the need to `detach` is inherent in the `thread`s task.
12312 Documenting that aids comprehension and helps static analysis.
12314 ##### Example
12316     void heartbeat();
12318     void use()
12319     {
12320         gsl::detached_thread t1(heartbeat);    // obviously need not be joined
12321         std::thread t2(heartbeat);             // do we need to join? (read the code for heartbeat())
12322         // ...
12323     }
12325 Flag unconditional `detach` on a plain `thread`
12328 ### <a name="Rconc-thread"></a>CP.27: Use plain `std::thread` for `thread`s that detach based on a run-time condition (only)
12330 ##### Reason
12332 `thread`s that are supposed to unconditionally `join` or unconditionally `detach` can be clearly identified as such.
12333 The plain `thread`s should be assumed to use the full generality of `std::thread`.
12335 ##### Example
12337     void tricky(thread* t, int n)
12338     {
12339         // ...
12340         if (is_odd(n))
12341             t->detach();
12342         // ...
12343     }
12345     void use(int n)
12346     {
12347         thread t { tricky, this, n };
12348         // ...
12349         // ... should I join here? ...
12350     }
12352 ##### Enforcement
12358 ### <a name="Rconc-join-undetached"></a>CP.28: Remember to join scoped `thread`s that are not `detach()`ed
12360 ##### Reason
12362 A `thread` that has not been `detach()`ed when it is destroyed terminates the program.
12364 ##### Example, bad
12366     void f() { std::cout << "Hello "; }
12368     struct F {
12369         void operator()() { std::cout << "parallel world "; }
12370     };
12372     int main()
12373     {
12374         std::thread t1{f};      // f() executes in separate thread
12375         std::thread t2{F()};    // F()() executes in separate thread
12376     }  // spot the bugs
12378 ##### Example
12380     void f() { std::cout << "Hello "; }
12382     struct F {
12383         void operator()() { std::cout << "parallel world "; }
12384     };
12386     int main()
12387     {
12388         std::thread t1{f};      // f() executes in separate thread
12389         std::thread t2{F()};    // F()() executes in separate thread
12391         t1.join();
12392         t2.join();
12393     }  // one bad bug left
12395 ??? Is `cout` synchronized?
12397 ##### Enforcement
12399 * Flag `join`s for `raii_thread`s ???
12400 * Flag `detach`s for `detached_thread`s
12403 ### <a name="RRconc-pass"></a>CP.30: Do not pass pointers to local variables to non-`raii_thread`s
12405 ##### Reason
12407 In general, you cannot know whether a non-`raii_thread` will outlive the scope of the variables, so that those pointers will become invalid.
12409 ##### Example, bad
12411     void use()
12412     {
12413         int x = 7;
12414         thread t0 { f, ref(x) };
12415         // ...
12416         t0.detach();
12417     }
12419 The `detach` may not be so easy to spot.
12420 Use a `raii_thread` or don't pass the pointer.
12422 ##### Example, bad
12424     ??? put pointer to a local on a queue that is read by a longer-lived thread ???
12426 ##### Enforcement
12428 Flag pointers to locals passed in the constructor of a plain `thread`.
12431 ### <a name="Rconc-data-by-value"></a>CP.31: Pass small amounts of data between threads by value, rather than by reference or pointer
12433 ##### Reason
12435 Copying a small amount of data is cheaper to copy and access than to share it using some locking mechanism.
12436 Copying naturally gives unique ownership (simplifies code) and eliminates the possibility of data races.
12438 ##### Note
12440 Defining "small amount" precisely is impossible.
12442 ##### Example
12444     string modify1(string);
12445     void modify2(shared_ptr<string>);
12447     void fct(string& s)
12448     {
12449         auto res = async(modify1, s);
12450         async(modify2, &s);
12451     }
12453 The call of `modify1` involves copying two `string` values; the call of `modify2` does not.
12454 On the other hand, the implementation of `modify1` is exactly as we would have written it for single-threaded code,
12455 whereas the implementation of `modify2` will need some form of locking to avoid data races.
12456 If the string is short (say 10 characters), the call of `modify1` can be surprisingly fast;
12457 essentially all the cost is in the `thread` switch. If the string is long (say 1,000,000 characters), copying it twice
12458 is probably not a good idea.
12460 Note that this argument has nothing to do with `sync` as such. It applies equally to considerations about whether to use
12461 message passing or shared memory.
12463 ##### Enforcement
12468 ### <a name="Rconc-shared"></a>[CP.32: To share ownership between unrelated `thread`s use `shared_ptr`
12470 ##### Reason
12472 If threads are unrelated (that is, not known to be in the same scope or one within the lifetime of the other)
12473 and they need to share free store memory that needs to be deleted, a `shared_ptr` (or equivalent) is the only
12474 safe way to ensure proper deletion.
12476 ##### Example
12478     ???
12480 ##### Note
12482 * A static object (e.g. a global) can be shared because it is not owned in the sense that some thread is responsible for it's deletion.
12483 * An object on free store that is never to be deleted can be shared.
12484 * An object owned by one thread can be safely shared with another as long as that second thread doesn't outlive the owner.
12486 ##### Enforcement
12491 ### <a name="Rconc-switch"></a>CP.40: Minimize context switching
12493 ##### Reason
12495 Context switches are expensive.
12497 ##### Example
12499     ???
12501 ##### Enforcement
12506 ### <a name="Rconc-create"></a>CP.41: Minimize thread creation and destruction
12508 ##### Reason
12510 Thread creation is expensive.
12512 ##### Example
12514     void worker(Message m)
12515     {
12516         // process
12517     }
12519     void master(istream& is)
12520     {
12521         for (Message m; is >> m; )
12522             run_list.push_back(new thread(worker, m));
12523     }
12525 This spawns a `thread` per message, and the `run_list` is presumably managed to destroy those tasks once they are finished.
12527 Instead, we could have a set of pre-created worker threads processing the messages
12529     Sync_queue<Message> work;
12531     void master(istream& is)
12532     {
12533         for (Message m; is >> m; )
12534             work.put(m);
12535     }
12537     void worker()
12538     {
12539         for (Message m; m = work.get(); ) {
12540             // process
12541         }
12542     }
12544     void workers()  // set up worker threads (specifically 4 worker threads)
12545     {
12546         raii_thread w1 {worker};
12547         raii_thread w2 {worker};
12548         raii_thread w3 {worker};
12549         raii_thread w4 {worker};
12550     }
12552 ##### Note
12554 If your system has a good thread pool, use it.
12555 If your system has a good message queue, use it.
12557 ##### Enforcement
12562 ### <a name="Rconc-wait"></a>CP.42: Don't `wait` without a condition
12564 ##### Reason
12566 A `wait` without a condition can miss a wakeup or wake up simply to find that there is no work to do.
12568 ##### Example, bad
12570     std::condition_variable cv;
12571     std::mutex mx;
12573     void thread1()
12574     {
12575         while (true) {
12576             // do some work ...
12577             std::unique_lock<std::mutex> lock(mx);
12578             cv.notify_one();    // wake other thread
12579         }
12580     }
12582     void thread2()
12583     {
12584         while (true) {
12585             std::unique_lock<std::mutex> lock(mx);
12586             cv.wait(lock);    // might block forever
12587             // do work ...
12588         }
12589     }
12591 Here, if some other `thread` consumes `thread1`'s notification, `thread2` can wait forever.
12593 ##### Example
12595     template<typename T>
12596     class Sync_queue {
12597     public:
12598         void put(const T& val);
12599         void put(T&& val);
12600         void get(T& val);
12601     private:
12602         mutex mtx;
12603         condition_variable cond;    // this controls access
12604         list<T> q;
12605     };
12607     template<typename T>
12608     void Sync_queue<T>::put(const T& val)
12609     {
12610         lock_guard<mutex> lck(mtx);
12611         q.push_back(val);
12612         cond.notify_one();
12613     }
12615     template<typename T>
12616     void Sync_queue<T>::get(T& val)
12617     {
12618         unique_lock<mutex> lck(mtx);
12619         cond.wait(lck, [this]{ return !q.empty(); });    // prevent spurious wakeup
12620         val = q.front();
12621         q.pop_front();
12622     }
12624 Now if the queue is empty when a thread executing `get()` wakes up (e.g., because another thread has gotten to `get()` before it),
12625 it will immediately go back to sleep, waiting.
12627 ##### Enforcement
12629 Flag all `wait`s without conditions.
12632 ### <a name="Rconc-time"></a>CP.43: Minimize time spent in a critical section
12634 ##### Reason
12636 The less time is spent with a `mutex` taken, the less chance that another `thread` has to wait,
12637 and `thread` suspension and resumption are expensive.
12639 ##### Example
12641     void do_something() // bad
12642     {
12643         unique_lock<mutex> lck(my_lock);
12644         do0();  // preparation: does not need lock
12645         do1();  // transaction: needs locking
12646         do2();  // cleanup: does not need locking
12647     }
12649 Here, we are holding the lock for longer than necessary:
12650 We should not have taken the lock before we needed it and should have released it again before starting the cleanup.
12651 We could rewrite this to
12653     void do_something() // bad
12654     {
12655         do0();  // preparation: does not need lock
12656         my_lock.lock();
12657         do1();  // transaction: needs locking
12658         my_lock.unlock();
12659         do2();  // cleanup: does not need locking
12660     }
12662 But that compromises safety and violates the [use RAII](#Rconc-raii) rule.
12663 Instead, add a block for the critical section:
12665     void do_something() // OK
12666     {
12667         do0();  // preparation: does not need lock
12668         {
12669             unique_lock<mutex> lck(my_lock);
12670             do1();  // transaction: needs locking
12671         }
12672         do2();  // cleanup: does not need locking
12673     }
12675 ##### Enforcement
12677 Impossible in general.
12678 Flag "naked" `lock()` and `unlock()`.
12681 ### <a name="Rconc-name"></a>CP.44: Remember to name your `lock_guard`s and `unique_lock`s
12683 ##### Reason
12685 An unnamed local objects is a temporary that immediately goes out of scope.
12687 ##### Example
12689     unique_lock<mutex>(m1);
12690     lock_guard<mutex> {m2};
12691     lock(m1, m2);
12693 This looks innocent enough, but it isn't.
12695 ##### Enforcement
12697 Flag all unnamed `lock_guard`s and `unique_lock`s.
12701 ### <a name="Rconc-mutex"></a>P.50: Define a `mutex` together with the data it guards
12703 ##### Reason
12705 It should be obvious to a reader that the data is to be guarded and how.
12707 ##### Example
12709     struct Record {
12710         std::mutex m;   // take this mutex before accessing other members
12711         // ...
12712     };
12714 ##### Enforcement
12716 ??? Possible?
12719 ## <a name="SScp-par"></a>CP.par: Parallelism
12721 By "parallelism" we refer to performing a task (more or less) simultaneously ("in parallel with") on many data items.
12723 Parallelism rule summary:
12725 * ???
12726 * ???
12727 * Where appropriate, prefer the standard-library parallel algorithms
12728 * Use algorithms that are designed for parallelism, not algorithms with unnecessary dependency on linear evaluation
12732 ## <a name="SScp-mess"></a>CP.mess: Message passing
12734 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.
12735 Most people shouldn't work at this level: it's error-prone and development is slow.
12736 If possible, use a higher level facility: messaging libraries, parallel algorithms, and vectorization.
12737 This section looks at passing messages so that a programmer doesn't have to do explicit synchronization.
12739 Message passing rules summary:
12741 * [CP.60: Use a `future` to return a value from a concurrent task](#Rconc-future)
12742 * [CP.61: Use a `async()` to spawn a concurrent task](#Rconc-async)
12743 * message queues
12744 * messaging libraries
12746 ???? should there be a "use X rather than `std::async`" where X is something that would use a better specified thread pool?
12748 ??? 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?
12751 ### <a name="Rconc-future"></a>CP.60: Use a `future` to return a value from a concurrent task
12753 ##### Reason
12755 A `future` preserves the usual function call return semantics for asynchronous tasks.
12756 The is no explicit locking and both correct (value) return and error (exception) return are handled simply.
12758 ##### Example
12760     ???
12762 ##### Note
12766 ##### Enforcement
12770 ### <a name="Rconc-async"></a>CP.61: Use a `async()` to spawn a concurrent task
12772 ##### Reason
12774 A `future` preserves the usual function call return semantics for asynchronous tasks.
12775 The is no explicit locking and both correct (value) return and error (exception) return are handled simply.
12777 ##### Example
12779     ???
12781 ##### Note
12783 Unfortunately, `async()` is not perfect.
12784 For example, there is no guarantee that a thread pool is used to minimize thread construction.
12785 In fact, most current `async()` implementations don't.
12786 However, `async()` is simple and logically correct so until something better comes along
12787 and unless you really need to optimize for many asynchronous tasks, stick with `async()`.
12789 ##### Enforcement
12794 ## <a name="SScp-vec"></a>CP.vec: Vectorization
12796 Vectorization is a technique for executing a number of tasks concurrently without introducing explicit synchronization.
12797 An operation is simply applied to elements of a data structure (a vector, an array, etc.) in parallel.
12798 Vectorization has the interesting property of often requiring no non-local changes to a program.
12799 However, vectorization works best with simple data structures and with algorithms specifically crafted to enable it.
12801 Vectorization rule summary:
12803 * ???
12804 * ???
12806 ## <a name="SScp-free"></a>CP.free: Lock-free programming
12808 Synchronization using `mutex`es and `condition_variable`s can be relatively expensive.
12809 Furthermore, it can lead to deadlock.
12810 For performance and to eliminate the possibility of deadlock, we sometimes have to use the tricky low-level "lock-free" facilities
12811 that rely on briefly gaining exclusive ("atomic") access to memory.
12812 Lock free programming is also used to implement higher-level concurrency mechanisms, such as `thread`s and `mutex`es.
12814 Lock-free programming rule summary:
12816 * [CP.100: Don't use lock-free programming unless you absolutely have to](#Rconc-lockfree)
12817 * [CP.101: Distrust your hardware/compiler combination](#Rconc-distrust)
12818 * [CP.102: Carefully study the literature](#Rconc-literature)
12819 * how/when to use atomics
12820 * avoid starvation
12821 * use a lock free data structure rather than hand-crafting specific lock-free access
12822 * [CP.110: Do not write your own double-checked locking for initialization](#Rconc-double)
12823 * [CP.111: Use a conventional pattern if you really need double-checked locking](#Rconc-double-pattern)
12824 * how/when to compare and swap
12827 ### <a name="Rconc-lockfree"></a>CP.100: Don't use lock-free programming unless you absolutely have to
12829 ##### Reason
12831 It's error-prone and requires expert level knowledge of language features, machine architecture, and data structures.
12833 ##### Example, bad
12835     extern atomic<Link*> head;        // the shared head of a linked list
12837     Link* nh = new Link(data, nullptr);    // make a link ready for insertion
12838     Link* h = head.load();                 // read the shared head of the list
12840     do {
12841         if (h->data <= data) break;        // if so, insert elsewhere
12842         nh->next = h;                      // next element is the previous head
12843     } while (!head.compare_exchange_weak(h, nh));    // write nh to head or to h
12845 Spot the bug.
12846 It would be really hard to find through testing.
12847 Read up on the ABA problem.
12849 ##### Exception
12851 [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.
12853 ##### Note
12855 Higher-level concurrency mechanisms, such as `thread`s and `mutex`es are implemented using lock-free programming.
12857 **Alternative**: Use lock-free data structures implemented by others as part of some library.
12860 ### <a name="Rconc-distrust"></a>CP.101: Distrust your hardware/compiler combination
12862 ##### Reason
12864 The low-level hardware interfaces used by lock-free programming are among the hardest to implement well and among
12865 the areas where the most subtle portability problems occur.
12866 If you are doing lock-free programming for performance, you need to check for regressions.
12868 ##### Note
12870 Instruction reordering (static and dynamic) makes it hard for us to think effectively at this level (especially if you use relaxed memory models).
12871 Experience, (semi)formal models and model checking can be useful.
12872 Testing - often to an extreme extent - is essential.
12873 "Don't fly too close to the sun."
12875 ##### Enforcement
12877 Have strong rules for re-testing in place that covers any change in hardware, operating system, compiler, and libraries.
12880 ### <a name="Rconc-literature"></a>CP.102: Carefully study the literature
12882 ##### Reason
12884 With the exception of atomics and a few use standard patterns, lock-free programming is really an expert-only topic.
12885 Become an expert before shipping lock-free code for others to use.
12887 ##### References
12889 * Anthony Williams: C++ concurrency in action. Manning Publications.
12890 * Boehm, Adve, You Don't Know Jack About Shared Variables or Memory Models , Communications of the ACM, Feb 2012.
12891 * Boehm, "Threads Basics", HPL TR 2009-259.
12892 * Adve, Boehm, "Memory Models: A Case for Rethinking Parallel Languages and Hardware", Communications of the ACM, August 2010.
12893 * Boehm, Adve, "Foundations of the C++ Concurrency Memory Model", PLDI 08.
12894 * Mark Batty, Scott Owens, Susmit Sarkar, Peter Sewell, and Tjark Weber, "Mathematizing C++ Concurrency", POPL 2011.
12895 * 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.
12896 * Damian Dechev and Bjarne Stroustrup: Scalable Non-blocking Concurrent Objects for Mission Critical Code. ACM OOPSLA'09. October 2009
12897 * 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.
12900 ### <a name="Rconc-double"></a>CP.110: Do not write your own double-checked locking for initialization
12902 ##### Reason
12904 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.
12906 ##### Example
12908 Example with std::call_once.
12910     void f()
12911     {
12912         static std::once_flag my_once_flag;
12913         std::call_once(my_once_flag, []()
12914         {
12915             // do this only once
12916         });
12917         // ...
12918     }
12920 Example with thread-safe static local variables of C++11.
12922     void f()
12923     {
12924         // Assuming the compiler is compliant with C++11
12925         static My_class my_object; // Constructor called only once
12926         // ...
12927     }
12929     class My_class
12930     {
12931     public:
12932         My_class()
12933         {
12934             // ...
12935         }
12936     };
12938 ##### Enforcement
12940 ??? Is it possible to detect the idiom?
12943 ### <a name="Rconc-double-pattern"></a>CP.111: Use a conventional pattern if you really need double-checked locking
12945 ##### Reason
12947 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.
12949 ##### Example, bad
12951 Even if the following example works correctly on most hardware platforms, it is not guaranteed to work by the C++ standard. The x_init.load(memory_order_relaxed) call may see a value from outside of the lock guard.
12953     atomic<bool> x_init;
12955     if (!x_init.load(memory_order_acquire)) {
12956         lock_guard<mutex> lck(x_mutex);
12957         if (!x_init.load(memory_order_relaxed)) {
12958             // ... initialize x ...
12959             x_init.store(true, memory_order_release);
12960         }
12961     }
12963 ##### Example, good
12965 One of the conventional patterns is below.
12967     std::atomic<int> state;
12969     // If state == SOME_ACTION_NEEDED maybe an action is needed, maybe not, we need to
12970     // check again in a lock. However, if state != SOME_ACTION_NEEDED, then we can be
12971     // sure that an action is not needed. This is the basic assumption of double-checked
12972     // locking.
12974     if (state == SOME_ACTION_NEEDED)
12975     {
12976         std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex);
12977         if (state == SOME_ACTION_NEEDED)
12978         {
12979             // do something
12980             state = NO_ACTION_NEEDED;
12981         }
12982     }
12984 In the example above (state == SOME_ACTION_NEEDED) could be any condition. It doesn't necessarily needs to be equality comparison. For example, it could as well be (size > MIN_SIZE_TO_TAKE_ACTION).
12986 ##### Enforcement
12988 ??? Is it possible to detect the idiom?
12991 ## <a name="SScp-etc"></a>CP.etc: Etc. concurrency rules
12993 These rules defy simple categorization:
12995 * [CP.200: Use `volatile` only to talk to non-C++ memory](#Rconc-volatile2)
12996 * [CP.201: ??? Signals](#Rconc-signal)
12998 ### <a name="Rconc-volatile2"></a>CP.200: Use `volatile` only to talk to non-C++ memory
13000 ##### Reason
13002 `volatile` is used to refer to objects that are shared with "non-C++" code or hardware that does not follow the C++ memory model.
13004 ##### Example
13006     const volatile long clock;
13008 This describes a register constantly updated by a clock circuit.
13009 `clock` is `volatile` because its value will change without any action from the C++ program that uses it.
13010 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:
13012     long t1 = clock;
13013     // ... no use of clock here ...
13014     long t2 = clock;
13016 `clock` is `const` because the program should not try to write to `clock`.
13018 ##### Note
13020 Unless you are writing the lowest level code manipulating hardware directly, consider `volatile` an esoteric feature that is best avoided.
13022 ##### Example
13024 Usually C++ code receives `volatile` memory that is owned Elsewhere (hardware or another language):
13026     int volatile* vi = get_hardware_memory_location();
13027         // note: we get a pointer to someone else's memory here
13028         // volatile says "treat this with extra respect"
13030 Sometimes C++ code allocates the `volatile` memory and shares it with "elsewhere" (hardware or another language) by deliberately escaping a pointer:
13032     static volatile long vl;
13033     please_use_this(&vl);   // escape a reference to this to "elsewhere" (not C++)
13035 ##### Example; bad
13037 `volatile` local variables are nearly always wrong -- how can they be shared with other languages or hardware if they're ephemeral?
13038 The same applies almost as strongly to member variables, for the same reason.
13040     void f() {
13041         volatile int i = 0; // bad, volatile local variable
13042         // etc.
13043     }
13045     class My_type {
13046         volatile int i = 0; // suspicious, volatile member variable
13047         // etc.
13048     };
13050 ##### Note
13052 In C++, unlike in some other languages, `volatile` has [nothing to do with synchronization](#Rconc-volatile).
13054 ##### Enforcement
13056 * Flag `volatile T` local and member variables; almost certainly you intended to use `atomic<T>` instead.
13057 * ???
13059 ### <a name="Rconc-signal"></a>CP.201: ??? Signals
13061 ???UNIX signal handling???. May be worth reminding how little is async-signal-safe, and how to communicate with a signal handler (best is probably "not at all")
13064 # <a name="S-errors"></a>E: Error handling
13066 Error handling involves:
13068 * Detecting an error
13069 * Transmitting information about an error to some handler code
13070 * Preserve the state of a program in a valid state
13071 * Avoid resource leaks
13073 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.
13075 The rules are designed to help avoid several kinds of errors:
13077 * Type violations (e.g., misuse of `union`s and casts)
13078 * Resource leaks (including memory leaks)
13079 * Bounds errors
13080 * Lifetime errors (e.g., accessing an object after is has been `delete`d)
13081 * Complexity errors (logical errors make likely by overly complex expression of ideas)
13082 * Interface errors (e.g., an unexpected value is passed through an interface)
13084 Error-handling rule summary:
13086 * [E.1: Develop an error-handling strategy early in a design](#Re-design)
13087 * [E.2: Throw an exception to signal that a function can't perform its assigned task](#Re-throw)
13088 * [E.3: Use exceptions for error handling only](#Re-errors)
13089 * [E.4: Design your error-handling strategy around invariants](#Re-design-invariants)
13090 * [E.5: Let a constructor establish an invariant, and throw if it cannot](#Re-invariant)
13091 * [E.6: Use RAII to prevent leaks](#Re-raii)
13092 * [E.7: State your preconditions](#Re-precondition)
13093 * [E.8: State your postconditions](#Re-postcondition)
13095 * [E.12: Use `noexcept` when exiting a function because of a `throw` is impossible or unacceptable](#Re-noexcept)
13096 * [E.13: Never throw while being the direct owner of an object](#Re-never-throw)
13097 * [E.14: Use purpose-designed user-defined types as exceptions (not built-in types)](#Re-exception-types)
13098 * [E.15: Catch exceptions from a hierarchy by reference](#Re-exception-ref)
13099 * [E.16: Destructors, deallocation, and `swap` must never fail](#Re-never-fail)
13100 * [E.17: Don't try to catch every exception in every function](#Re-not-always)
13101 * [E.18: Minimize the use of explicit `try`/`catch`](#Re-catch)
13102 * [E.19: Use a `final_action` object to express cleanup if no suitable resource handle is available](#Re-finally)
13104 * [E.25: If you can't throw exceptions, simulate RAII for resource management](#Re-no-throw-raii)
13105 * [E.26: If you can't throw exceptions, consider failing fast](#Re-no-throw-crash)
13106 * [E.27: If you can't throw exceptions, use error codes systematically](#Re-no-throw-codes)
13107 * [E.28: Avoid error handling based on global state (e.g. `errno`)](#Re-no-throw)
13109 ### <a name="Re-design"></a>E.1: Develop an error-handling strategy early in a design
13111 ##### Reason
13113 A consistent and complete strategy for handling errors and resource leaks is hard to retrofit into a system.
13115 ### <a name="Re-throw"></a>E.2: Throw an exception to signal that a function can't perform its assigned task
13117 ##### Reason
13119 To make error handling systematic, robust, and non-repetitive.
13121 ##### Example
13123     struct Foo {
13124         vector<Thing> v;
13125         File_handle f;
13126         string s;
13127     };
13129     void use()
13130     {
13131         Foo bar {{Thing{1}, Thing{2}, Thing{monkey}}, {"my_file", "r"}, "Here we go!"};
13132         // ...
13133     }
13135 Here, `vector` and `string`s constructors may not be able to allocate sufficient memory for their elements, `vector`s constructor may not be able copy the `Thing`s in its initializer list, and `File_handle` may not be able to open the required file.
13136 In each case, they throw an exception for `use()`'s caller to handle.
13137 If `use()` could handle the failure to construct `bar` it can take control using `try`/`catch`.
13138 In either case, `Foo`'s constructor correctly destroys constructed members before passing control to whatever tried to create a `Foo`.
13139 Note that there is no return value that could contain an error code.
13141 The `File_handle` constructor might be defined like this:
13143     File_handle::File_handle(const string& name, const string& mode)
13144         :f{fopen(name.c_str(), mode.c_str())}
13145     {
13146         if (!f)
13147             throw runtime_error{"File_handle: could not open " + name + " as " + mode};
13148     }
13150 ##### Note
13152 It is often said that exceptions are meant to signal exceptional events and failures.
13153 However, that's a bit circular because "what is exceptional?"
13154 Examples:
13156 * A precondition that cannot be met
13157 * A constructor that cannot construct an object (failure to establish its class's [invariant](#Rc-struct))
13158 * An out-of-range error (e.g., `v[v.size()] = 7`)
13159 * Inability to acquire a resource (e.g., the network is down)
13161 In contrast, termination of an ordinary loop is not exceptional.
13162 Unless the loop was meant to be infinite, termination is normal and expected.
13164 ##### Note
13166 Don't use a `throw` as simply an alternative way of returning a value from a function.
13168 ##### Exception
13170 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`.
13172 **See also**: [RAII](#Re-raii)
13174 **See also**: [discussion](#Sd-noexcept)
13176 ##### Note
13178 Before deciding that you cannot afford or don't like exception-based error handling, have a look at the [alternatives](#Re-no-throw-raii);
13179 they have their own complexities and problems.
13180 Also, as far as possible, measure before making claims about efficiency.
13182 ### <a name="Re-errors"></a>E.3: Use exceptions for error handling only
13184 ##### Reason
13186 To keep error handling separated from "ordinary code."
13187 C++ implementations tend to be optimized based on the assumption that exceptions are rare.
13189 ##### Example, don't
13191     // don't: exception not used for error handling
13192     int find_index(vector<string>& vec, const string& x)
13193     {
13194         try {
13195             for (int i = 0; i < vec.size(); ++i)
13196                 if (vec[i] == x) throw i;  // found x
13197         } catch (int i) {
13198             return i;
13199         }
13200         return -1;   // not found
13201     }
13203 This is more complicated and most likely runs much slower than the obvious alternative.
13204 There is nothing exceptional about finding a value in a `vector`.
13206 ##### Enforcement
13208 Would need to be heuristic.
13209 Look for exception values "leaked" out of `catch` clauses.
13211 ### <a name="Re-design-invariants"></a>E.4: Design your error-handling strategy around invariants
13213 ##### Reason
13215 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.
13217 ##### Note
13219 An [invariant](#Rc-struct) is logical condition for the members of an object that a constructor must establish for the public member functions to assume.
13221 ##### Enforcement
13225 ### <a name="Re-invariant"></a>E.5: Let a constructor establish an invariant, and throw if it cannot
13227 ##### Reason
13229 Leaving an object without its invariant established is asking for trouble.
13230 Not all member functions can be called.
13232 ##### Example
13234     class Vector {  // very simplified vector of doubles
13235         // if elem != nullptr then elem points to sz doubles
13236     public:
13237         Vector() : elem{nullptr}, sz{0}{}
13238         Vector(int s) : elem{new double}, sz{s} { /* initialize elements */ }
13239         ~Vector() { delete elem; }
13240         double& operator[](int s) { return elem[s]; }
13241         // ...
13242     private:
13243         owner<double*> elem;
13244         int sz;
13245     };
13247 The class invariant - here stated as a comment - is established by the constructors.
13248 `new` throws if it cannot allocate the required memory.
13249 The operators, notably the subscript operator, relies on the invariant.
13251 **See also**: [If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception](#Rc-throw)
13253 ##### Enforcement
13255 Flag classes with `private` state without a constructor (public, protected, or private).
13257 ### <a name="Re-raii"></a>E.6: Use RAII to prevent leaks
13259 ##### Reason
13261 Leaks are typically unacceptable. RAII ("Resource Acquisition Is Initialization") is the simplest, most systematic way of preventing leaks.
13263 ##### Example
13265     void f1(int i)   // Bad: possibly leak
13266     {
13267         int* p = new int[12];
13268         // ...
13269         if (i < 17) throw Bad {"in f()", i};
13270         // ...
13271     }
13273 We could carefully release the resource before the throw:
13275     void f2(int i)   // Clumsy: explicit release
13276     {
13277         int* p = new int[12];
13278         // ...
13279         if (i < 17) {
13280             delete[] p;
13281             throw Bad {"in f()", i};
13282         }
13283         // ...
13284     }
13286 This is verbose. In larger code with multiple possible `throw`s explicit releases become repetitive and error-prone.
13288     void f3(int i)   // OK: resource management done by a handle
13289     {
13290         auto p = make_unique<int[]>(12);
13291         // ...
13292         if (i < 17) throw Bad {"in f()", i};
13293         // ...
13294     }
13296 Note that this works even when the `throw` is implicit because it happened in a called function:
13298     void f4(int i)   // OK: resource management done by a handle
13299     {
13300         auto p = make_unique<int[]>(12);
13301         // ...
13302         helper(i);   // may throw
13303         // ...
13304     }
13306 Unless you really need pointer semantics, use a local resource object:
13308     void f5(int i)   // OK: resource management done by local object
13309     {
13310         vector<int> v(12);
13311         // ...
13312         helper(i);   // may throw
13313         // ...
13314     }
13316 ##### Note
13318 If there is no obvious resource handle, cleanup actions can be represented by a [`final_action` object](#Re-finally)
13320 ##### Note
13322 But what do we do if we are writing a program where exceptions cannot be used?
13323 First challenge that assumption; there are many anti-exceptions myths around.
13324 We know of only a few good reasons:
13326 * We are on a system so small that the exception support would eat up most of our 2K memory.
13327 * 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.
13328 * We are in a system with tons of legacy code using lots of pointers in difficult-to-understand ways
13329   (in particular without a recognizable ownership strategy) so that exceptions could cause leaks.
13330 * Our implementation of the C++ exception mechanisms is unreasonably poor
13331 (slow, memory consuming, failing to work correctly for dynamically linked libraries, etc.).
13332 Complain to your implementation purveyor; if no user complains, no improvement will happen.
13333 * We get fired if we challenge our manager's ancient wisdom.
13335 Only the first of these reasons is fundamental, so whenever possible, use exceptions to implement RAII, or design your RAII objects to never fail.
13336 When exceptions cannot be used, simulate RAII.
13337 That is, systematically check that objects are valid after construction and still release all resources in the destructor.
13338 One strategy is to add a `valid()` operation to every resource handle:
13340     void f()
13341     {
13342         vector<string> vs(100);   // not std::vector: valid() added
13343         if (!vs.valid()) {
13344             // handle error or exit
13345         }
13347         ifstream fs("foo");   // not std::ifstream: valid() added
13348         if (!fs.valid()) {
13349             // handle error or exit
13350         }
13352         // ...
13353     } // destructors clean up as usual
13355 Obviously, this increases the size of the code, doesn't allow for implicit propagation of "exceptions" (`valid()` checks), and `valid()` checks can be forgotten.
13356 Prefer to use exceptions.
13358 **See also**: [Use of `noexcept`](#Se-noexcept).
13360 ##### Enforcement
13364 ### <a name="Re-precondition"></a>E.7: State your preconditions
13366 ##### Reason
13368 To avoid interface errors.
13370 **See also**: [precondition rule](#Ri-pre).
13372 ### <a name="Re-postcondition"></a>E.8: State your postconditions
13374 ##### Reason
13376 To avoid interface errors.
13378 **See also**: [postcondition rule](#Ri-post).
13380 ### <a name="Re-noexcept"></a>E.12: Use `noexcept` when exiting a function because of a `throw` is impossible or unacceptable
13382 ##### Reason
13384 To make error handling systematic, robust, and efficient.
13386 ##### Example
13388     double compute(double d) noexcept
13389     {
13390         return log(sqrt(d <= 0 ? 1 : d));
13391     }
13393 Here, we know that `compute` will not throw because it is composed out of operations that don't throw.
13394 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`.
13396 ##### Note
13398 Many standard library functions are `noexcept` including all the standard library functions "inherited" from the C standard library.
13400 ##### Example
13402     vector<double> munge(const vector<double>& v) noexcept
13403     {
13404         vector<double> v2(v.size());
13405         // ... do something ...
13406     }
13408 The `noexcept` here states that I am not willing or able to handle the situation where I cannot construct the local `vector`. That is, I consider memory exhaustion a serious design error (on par with hardware failures) so that I'm willing to crash the program if it happens.
13410 **See also**: [discussion](#Sd-noexcept).
13412 ### <a name="Re-never-throw"></a>E.13: Never throw while being the direct owner of an object
13414 ##### Reason
13416 That would be a leak.
13418 ##### Example
13420     void leak(int x)   // don't: may leak
13421     {
13422         auto p = new int{7};
13423         if (x < 0) throw Get_me_out_of_here{};  // may leak *p
13424         // ...
13425         delete p;   // we may never get here
13426     }
13428 One way of avoiding such problems is to use resource handles consistently:
13430     void no_leak(int x)
13431     {
13432         auto p = make_unique<int>(7);
13433         if (x < 0) throw Get_me_out_of_here{};  // will delete *p if necessary
13434         // ...
13435         // no need for delete p
13436     }
13438 Another solution (often better) would be to use a local variable to eliminate explicit use of pointers:
13440     void no_leak_simplified(int x)
13441     {
13442         vector<int> v(7);
13443         // ...
13444     }
13446 **See also**: ???resource rule ???
13448 ### <a name="Re-exception-types"></a>E.14: Use purpose-designed user-defined types as exceptions (not built-in types)
13450 ##### Reason
13452 A user-defined type is unlikely to clash with other people's exceptions.
13454 ##### Example
13456     void my_code()
13457     {
13458         // ...
13459         throw Moonphase_error{};
13460         // ...
13461     }
13463     void your_code()
13464     {
13465         try {
13466             // ...
13467             my_code();
13468             // ...
13469         }
13470         catch(Bufferpool_exhausted) {
13471             // ...
13472         }
13473     }
13475 ##### Example, don't
13477     void my_code()     // Don't
13478     {
13479         // ...
13480         throw 7;       // 7 means "moon in the 4th quarter"
13481         // ...
13482     }
13484     void your_code()   // Don't
13485     {
13486         try {
13487             // ...
13488             my_code();
13489             // ...
13490         }
13491         catch(int i) {  // i == 7 means "input buffer too small"
13492             // ...
13493         }
13494     }
13496 ##### Note
13498 The standard-library classes derived from `exception` should be used only as base classes or for exceptions that require only "generic" handling. Like built-in types, their use could clash with other people's use of them.
13500 ##### Example, don't
13502     void my_code()   // Don't
13503     {
13504         // ...
13505         throw runtime_error{"moon in the 4th quarter"};
13506         // ...
13507     }
13509     void your_code()   // Don't
13510     {
13511         try {
13512             // ...
13513             my_code();
13514             // ...
13515         }
13516         catch(runtime_error) {   // runtime_error means "input buffer too small"
13517             // ...
13518         }
13519     }
13521 **See also**: [Discussion](#Sd-???)
13523 ##### Enforcement
13525 Catch `throw` and `catch` of a built-in type. Maybe warn about `throw` and `catch` using an standard-library `exception` type. Obviously, exceptions derived from the `std::exception` hierarchy is fine.
13527 ### <a name="Re-exception-ref"></a>E.15: Catch exceptions from a hierarchy by reference
13529 ##### Reason
13531 To prevent slicing.
13533 ##### Example
13535     void f()
13536     try {
13537         // ...
13538     }
13539     catch (exception e) {   // don't: may slice
13540         // ...
13541     }
13543 Instead, use:
13545     catch (exception& e) { /* ... */ }
13547 ##### Enforcement
13549 Flag by-value exceptions if their types are part of a hierarchy (could require whole-program analysis to be perfect).
13551 ### <a name="Re-never-fail"></a>E.16: Destructors, deallocation, and `swap` must never fail
13553 ##### Reason
13555 We don't know how to write reliable programs if a destructor, a swap, or a memory deallocation fails; that is, if it exits by an exception or simply doesn't perform its required action.
13557 ##### Example, don't
13559     class Connection {
13560         // ...
13561     public:
13562         ~Connection()   // Don't: very bad destructor
13563         {
13564             if (cannot_disconnect()) throw I_give_up{information};
13565             // ...
13566         }
13567     };
13569 ##### Note
13571 Many have tried to write reliable code violating this rule for examples, such as a network connection that "refuses to close".
13572 To the best of our knowledge nobody has found a general way of doing this.
13573 Occasionally, for very specific examples, you can get away with setting some state for future cleanup.
13574 For example, we might put a socket that does not want to close on a "bad socket" list,
13575 to be examined by a regular sweep of the system state.
13576 Every example we have seen of this is error-prone, specialized, and often buggy.
13578 ##### Note
13580 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.
13582 ##### Note
13584 Deallocation functions, including `operator delete`, must be `noexcept`. `swap` functions must be `noexcept`.
13585 Most destructors are implicitly `noexcept` by default.
13586 Also, [make move operations `noexcept`](##Rc-move-noexcept).
13588 ##### Enforcement
13590 Catch destructors, deallocation operations, and `swap`s that `throw`.
13591 Catch such operations that are not `noexcept`.
13593 **See also**: [discussion](#Sd-never-fail)
13595 ### <a name="Re-not-always"></a>E.17: Don't try to catch every exception in every function
13597 ##### Reason
13599 Catching an exception in a function that cannot take a meaningful recovery action leads to complexity and waste.
13600 Let an exception propagate until it reaches a function that can handle it.
13601 Let cleanup actions on the unwinding path be handled by [RAII](#Re-raii).
13603 ##### Example, don't
13605     void f()   // bad
13606     {
13607         try {
13608             // ...
13609         }
13610         catch (...) {
13611             // no action
13612             throw;   // propagate exception
13613         }
13614     }
13616 ##### Enforcement
13618 * Flag nested try-blocks.
13619 * Flag source code files with a too high ratio of try-blocks to functions. (??? Problem: define "too high")
13621 ### <a name="Re-catch"></a>E.18: Minimize the use of explicit `try`/`catch`
13623 ##### Reason
13625  `try`/`catch` is verbose and non-trivial uses error-prone.
13626  `try`/`catch` can be a sign of unsystematic and/or low-level resource management or error handling.
13628 ##### Example, Bad
13630     void f(zstring s)
13631     {
13632         Gadget* p;
13633         try {
13634             p = new Gadget(s);
13635             // ...
13636             delete p;
13637         }
13638         catch (Gadget_construction_failure) {
13639             delete p;
13640             throw;
13641         }
13642     }
13644 This code is messy.
13645 There could be a leak from the naked pointer in the `try` block.
13646 Not all exceptions are handled.
13647 `deleting` an object that failed to construct is almost certainly a mistake.
13648 Better:
13650     void f2(zstring s)
13651     {
13652         Gadget g {s};
13653     }
13655 ##### Alternatives
13657 * proper resource handles and [RAII](#Re-raii)
13658 * [`finally`](#Re-finally)
13660 ##### Enforcement
13662 ??? hard, needs a heuristic
13664 ### <a name="Re-finally"></a>E.19: Use a `final_action` object to express cleanup if no suitable resource handle is available
13666 ##### Reason
13668 `finally` is less verbose and harder to get wrong than `try`/`catch`.
13670 ##### Example
13672     void f(int n)
13673     {
13674         void* p = malloc(1, n);
13675         auto _ = finally([p] { free(p); });
13676         // ...
13677     }
13679 ##### Note
13681 `finally` is not as messy as `try`/`catch`, but it is still ad-hoc.
13682 Prefer [proper resource management objects](#Re-raii).
13684 ##### Note
13686 Use of `finally` is a systematic and reasonably clean alternative to the old [`goto exit;` technique](##Re-no-throw-codes)
13687 for dealing with cleanup where resource management is not systematic.
13689 ##### Enforcement
13691 Heuristic: Detect `goto exit;`
13693 ### <a name="Re-no-throw-raii"></a>E.25: If you can't throw exceptions, simulate RAII for resource management
13695 ##### Reason
13697 Even without exceptions, [RAII](#Re-raii) is usually the best and most systematic way of dealing with resources.
13699 ##### Note
13701 Error handling using exceptions is the only complete and systematic way of handling non-local errors in C++.
13702 In particular, non-intrusively signaling failure to construct an object requires an exception.
13703 Signaling errors in a way that cannot be ignored requires exceptions.
13704 If you can't use exceptions, simulate their use as best you can.
13706 A lot of fear of exceptions is misguided.
13707 When used for exceptional circumstances in code that is not littered with pointers and complicated control structures,
13708 exception handling is almost always affordable (in time and space) and almost always leads to better code.
13709 This, of course, assumes a good implementation of the exception handling mechanisms, which is not available on all systems.
13710 There are also cases where the problems above do not apply, but exceptions cannot be used for other reasons.
13711 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.
13712 In the absence of appropriate time estimation tools, this is hard to guarantee for exceptions.
13713 Such systems (e.g. flight control software) typically also ban the use of dynamic (heap) memory.
13715 So, the primary guideline for error handling is "use exceptions and [RAII](#Re-raii)."
13716 This section deals with the cases where you either do not have an efficient implementation of exceptions,
13717 or have such a rat's nest of old-style code
13718 (e.g., lots of pointers, ill-defined ownership, and lots of unsystematic error handling based on tests of error codes)
13719 that it is infeasible to introduce simple and systematic exception handling.
13721 Before condemning exceptions or complaining too much about their cost, consider examples of the use of [error codes](#Re-no-throw-codes).
13722 Consider the cost and complexity of the use of error codes.
13723 If performance is your worry, measure.
13725 ##### Example
13727 Assume you wanted to write
13729     void func(zstring arg)
13730     {
13731         Gadget g {arg};
13732         // ...
13733     }
13735 If the `gadget` isn't correctly constructed, `func` exits with an exception.
13736 If we cannot throw an exception, we can simulate this RAII style of resource handling by adding a `valid()` member function to `Gadget`:
13738     error_indicator func(zstring arg)
13739     {
13740         Gadget g {arg};
13741         if (!g.valid()) return gadget_construction_error;
13742         // ...
13743         return 0;   // zero indicates "good"
13744     }
13746 The problem is of course that the caller now has to remember to test the return value.
13748 **See also**: [Discussion](#Sd-???).
13750 ##### Enforcement
13752 Possible (only) for specific versions of this idea: e.g., test for systematic test of `valid()` after resource handle construction
13754 ### <a name="Re-no-throw-crash"></a>E.26: If you can't throw exceptions, consider failing fast
13756 ##### Reason
13758 If you can't do a good job at recovering, at least you can get out before too much consequential damage is done.
13760 See also [Simulating RAII](#Re-no-throw-raii).
13762 ##### Note
13764 If you cannot be systematic about error handling, consider "crashing" as a response to any error that cannot be handled locally.
13765 That is, if you cannot recover from an error in the context of the function that detected it, call `abort()`, `quick_exit()`,
13766 or a similar function that will trigger some sort of system restart.
13768 In systems where you have lots of processes and/or lots of computers, you need to expect and handle fatal crashes anyway,
13769 say from hardware failures.
13770 In such cases, "crashing" is simply leaving error handling to the next level of the system.
13772 ##### Example
13774     void f(int n)
13775     {
13776         // ...
13777         p = static_cast<X*>(malloc(n, X));
13778         if (p == nullptr) abort();     // abort if memory is exhausted
13779         // ...
13780     }
13782 Most programs cannot handle memory exhaustion gracefully anyway. This is roughly equivalent to
13784     void f(int n)
13785     {
13786         // ...
13787         p = new X[n];    // throw if memory is exhausted (by default, terminate)
13788         // ...
13789     }
13791 Typically, it is a good idea to log the reason for the "crash" before exiting.
13793 ##### Enforcement
13795 Awkward
13797 ### <a name="Re-no-throw-codes"></a>E.27: If you can't throw exceptions, use error codes systematically
13799 ##### Reason
13801 Systematic use of any error-handling strategy minimizes the chance of forgetting to handle an error.
13803 See also [Simulating RAII](#Re-no-throw-raii).
13805 ##### Note
13807 There are several issues to be addressed:
13809 * how do you transmit an error indicator from out of a function?
13810 * how do you release all resources from a function before doing an error exit?
13811 * What do you use as an error indicator?
13813 In general, returning an error indicator implies returning two values: The result and an error indicator.
13814 The error indicator can be part of the object, e.g. an object can have a `valid()` indicator
13815 or a pair of values can be returned.
13817 ##### Example
13819     Gadget make_gadget(int n)
13820     {
13821         // ...
13822     }
13824     void user()
13825     {
13826         Gadget g = make_gadget(17);
13827         if (!g.valid()) {
13828                 // error handling
13829         }
13830         // ...
13831     }
13833 This approach fits with [simulated RAII resource management](#Re-no-throw-raii).
13834 The `valid()` function could return an `error_indicator` (e.g. a member of an `error_indicator` enumeration).
13836 ##### Example
13838 What if we cannot or do not want to modify the `Gadget` type?
13839 In that case, we must return a pair of values.
13840 For example:
13842     std::pair<Gadget, error_indicator> make_gadget(int n)
13843     {
13844         // ...
13845     }
13847     void user()
13848     {
13849         auto r = make_gadget(17);
13850         if (!r.second) {
13851                 // error handling
13852         }
13853         Gadget& g = r.first;
13854         // ...
13855     }
13857 As shown, `std::pair` is a possible return type.
13858 Some people prefer a specific type.
13859 For example:
13861     Gval make_gadget(int n)
13862     {
13863         // ...
13864     }
13866     void user()
13867     {
13868         auto r = make_gadget(17);
13869         if (!r.err) {
13870                 // error handling
13871         }
13872         Gadget& g = r.val;
13873         // ...
13874     }
13876 One reason to prefer a specific return type is to have names for its members, rather than the somewhat cryptic `first` and `second`
13877 and to avoid confusion with other uses of `std::pair`.
13879 ##### Example
13881 In general, you must clean up before an error exit.
13882 This can be messy:
13884     std::pair<int, error_indicator> user()
13885     {
13886         Gadget g1 = make_gadget(17);
13887         if (!g1.valid()) {
13888                 return {0, g1_error};
13889         }
13891         Gadget g2 = make_gadget(17);
13892         if (!g2.valid()) {
13893                 cleanup(g1);
13894                 return {0, g2_error};
13895         }
13897         // ...
13899         if (all_foobar(g1, g2)) {
13900             cleanup(g1);
13901             cleanup(g2);
13902             return {0, foobar_error};
13903         // ...
13905         cleanup(g1);
13906         cleanup(g2);
13907         return {res, 0};
13908     }
13910 Simulating RAII can be non-trivial, especially in functions with multiple resources and multiple possible errors.
13911 A not uncommon technique is to gather cleanup at the end of the function to avoid repetition:
13913     std::pair<int, error_indicator> user()
13914     {
13915         error_indicator err = 0;
13917         Gadget g1 = make_gadget(17);
13918         if (!g1.valid()) {
13919                 err = g1_error;
13920                 goto exit;
13921         }
13923         Gadget g2 = make_gadget(17);
13924         if (!g2.valid()) {
13925                 err = g2_error;
13926                 goto exit;
13927         }
13929         if (all_foobar(g1, g2)) {
13930             err = foobar_error;
13931             goto exit;
13932         }
13933         // ...
13935     exit:
13936       if (g1.valid()) cleanup(g1);
13937       if (g2.valid()) cleanup(g2);
13938       return {res, err};
13939     }
13941 The larger the function, the more tempting this technique becomes.
13942 `finally` can [ease the pain a bit](#Re-finally).
13943 Also, the larger the program becomes the harder it is to apply an error-indicator-based error handling strategy systematically.
13945 We [prefer exception-based error handling](#Re-throw) and recommend [keeping functions short](#Rf-single).
13947 **See also**: [Discussion](#Sd-???).
13949 **See also**: [Returning multiple values](#Rf-out-multi).
13951 ##### Enforcement
13953 Awkward.
13955 ### <a name="Re-no-throw"></a>E.28: Avoid error handling based on global state (e.g. `errno`)
13957 ##### Reason
13959 Global state is hard to manage and it is easy to forget to check it.
13960 When did you last test the return value of `printf()`?
13962 See also [Simulating RAII](#Re-no-throw-raii).
13964 ##### Example, bad
13966     ???
13968 ##### Note
13970 C-style error handling is based on the global variable `errno`, so it is essentially impossible to avoid this style completely.
13972 ##### Enforcement
13974 Awkward.
13976 # <a name="S-const"></a>Con: Constants and Immutability
13978 You can't have a race condition on a constant.
13979 It is easier to reason about a program when many of the objects cannot change their values.
13980 Interfaces that promises "no change" of objects passed as arguments greatly increase readability.
13982 Constant rule summary:
13984 * [Con.1: By default, make objects immutable](#Rconst-immutable)
13985 * [Con.2: By default, make member functions `const`](#Rconst-fct)
13986 * [Con.3: By default, pass pointers and references to `const`s](#Rconst-ref)
13987 * [Con.4: Use `const` to define objects with values that do not change after construction](#Rconst-const)
13988 * [Con.5: Use `constexpr` for values that can be computed at compile time](#Rconst-constexpr)
13990 ### <a name="Rconst-immutable"></a>Con.1: By default, make objects immutable
13992 ##### Reason
13994 Immutable objects are easier to reason about, so make objects non-`const` only when there is a need to change their value.
13995 Prevents accidental or hard-to-notice change of value.
13997 ##### Example
13999     for (const int i : c) cout << i << '\n';    // just reading: const
14001     for (int i : c) cout << i << '\n';          // BAD: just reading
14003 ##### Exception
14005 Function arguments are rarely mutated, but also rarely declared const.
14006 To avoid confusion and lots of false positives, don't enforce this rule for function arguments.
14008     void f(const char* const p); // pedantic
14009     void g(const int i);        // pedantic
14011 Note that function parameter is a local variable so changes to it are local.
14013 ##### Enforcement
14015 * Flag non-const variables that are not modified (except for parameters to avoid many false positives)
14017 ### <a name="Rconst-fct"></a>Con.2: By default, make member functions `const`
14019 ##### Reason
14021 A member function should be marked `const` unless it changes the object's observable state.
14022 This gives a more precise statement of design intent, better readability, more errors caught by the compiler, and sometimes more optimization opportunities.
14024 ##### Example; bad
14026     class Point {
14027         int x, y;
14028     public:
14029         int getx() { return x; }    // BAD, should be const as it doesn't modify the object's state
14030         // ...
14031     };
14033     void f(const Point& pt) {
14034         int x = pt.getx();          // ERROR, doesn't compile because getx was not marked const
14035     }
14037 ##### Note
14039 It is not inherently bad to pass a pointer or reference to non-const,
14040 but that should be done only when the called function is supposed to modify the object.
14041 A reader of code must assume that a function that takes a "plain" `T*` or `T&` will modify the object referred to.
14042 If it doesn't now, it might do so later without forcing recompilation.
14044 ##### Note
14046 There are code/libraries that are offer functions that declare a`T*` even though
14047 those function do not modify that `T`.
14048 This is a problem for people modernizing code.
14049 You can
14051 * update the library to be `const`-correct; preferred long-term solution
14052 * "cast away `const`"; [best avoided](#Res-casts-const)
14053 * provide a wrapper function
14055 Example:
14057     void f(int* p);   // old code: f() does not modify `*p`
14058     void f(const int* p) { f(const_cast<int*>(p); } // wrapper
14060 Note that this wrapper solution is a patch that should be used only when the declaration of `f()` cannot be be modified,
14061 e.g. because it is in a library that you cannot modify.
14064 ##### Enforcement
14066 * Flag a member function that is not marked `const`, but that does not perform a non-`const` operation on any member variable.
14068 ### <a name="Rconst-ref"></a>Con.3: By default, pass pointers and references to `const`s
14070 ##### Reason
14072  To avoid a called function unexpectedly changing the value.
14073  It's far easier to reason about programs when called functions don't modify state.
14075 ##### Example
14077     void f(char* p);        // does f modify *p? (assume it does)
14078     void g(const char* p);  // g does not modify *p
14080 ##### Note
14082 It is not inherently bad to pass a pointer or reference to non-const,
14083 but that should be done only when the called function is supposed to modify the object.
14085 ##### Note
14087 [Do not cast away `const`](#Res-casts-const).
14089 ##### Enforcement
14091 * Flag function that does not modify an object passed by  pointer or reference to non-`const`
14092 * Flag a function that (using a cast) modifies an object passed by pointer or reference to `const`
14094 ### <a name="Rconst-const"></a>Con.4: Use `const` to define objects with values that do not change after construction
14096 ##### Reason
14098  Prevent surprises from unexpectedly changed object values.
14100 ##### Example
14102     void f()
14103     {
14104         int x = 7;
14105         const int y = 9;
14107         for (;;) {
14108             // ...
14109         }
14110         // ...
14111     }
14113 As `x` is not `const`, we must assume that it is modified somewhere in the loop.
14115 ##### Enforcement
14117 * Flag unmodified non-`const` variables.
14119 ### <a name="Rconst-constexpr"></a>Con.5: Use `constexpr` for values that can be computed at compile time
14121 ##### Reason
14123 Better performance, better compile-time checking, guaranteed compile-time evaluation, no possibility of race conditions.
14125 ##### Example
14127     double x = f(2);            // possible run-time evaluation
14128     const double y = f(2);      // possible run-time evaluation
14129     constexpr double z = f(2);  // error unless f(2) can be evaluated at compile time
14131 ##### Note
14133 See F.4.
14135 ##### Enforcement
14137 * Flag `const` definitions with constant expression initializers.
14139 # <a name="S-templates"></a>T: Templates and generic programming
14141 Generic programming is programming using types and algorithms parameterized by types, values, and algorithms.
14142 In C++, generic programming is supported by the `template` language mechanisms.
14144 Arguments to generic functions are characterized by sets of requirements on the argument types and values involved.
14145 In C++, these requirements are expressed by compile-time predicates called concepts.
14147 Templates can also be used for meta-programming; that is, programs that compose code at compile time.
14149 A central notion in generic programming is "concepts"; that is, requirements on template arguments presented as compile-time predicates.
14150 "Concepts" are defined in an ISO Technical specification: [concepts](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
14151 A draft of a set of standard-library concepts can be found in another ISO TS: [ranges](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4569.pdf)
14152 Currently (July 2016), concepts are supported only in GCC 6.1.
14153 Consequently, we comment out uses of concepts in examples; that is, we use them as formalized comments only.
14154 If you use GCC 6.1, you can uncomment them.
14156 Template use rule summary:
14158 * [T.1: Use templates to raise the level of abstraction of code](#Rt-raise)
14159 * [T.2: Use templates to express algorithms that apply to many argument types](#Rt-algo)
14160 * [T.3: Use templates to express containers and ranges](#Rt-cont)
14161 * [T.4: Use templates to express syntax tree manipulation](#Rt-expr)
14162 * [T.5: Combine generic and OO techniques to amplify their strengths, not their costs](#Rt-generic-oo)
14164 Concept use rule summary:
14166 * [T.10: Specify concepts for all template arguments](#Rt-concepts)
14167 * [T.11: Whenever possible use standard concepts](#Rt-std-concepts)
14168 * [T.12: Prefer concept names over `auto` for local variables](#Rt-auto)
14169 * [T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts](#Rt-shorthand)
14170 * ???
14172 Concept definition rule summary:
14174 * [T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics](#Rt-low)
14175 * [T.21: Require a complete set of operations for a concept](#Rt-complete)
14176 * [T.22: Specify axioms for concepts](#Rt-axiom)
14177 * [T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns](#Rt-refine)
14178 * [T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics](#Rt-tag)
14179 * [T.25: Avoid complementary constraints](#Rt-not)
14180 * [T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax](#Rt-use)
14181 * [T.30: Use concept negation (`!C<T>`) sparingly to express a minor difference](#Rt-not)
14182 * [T.31: Use concept disjunction (`C1<T> || C2<T>`) sparingly to express alternatives](#Rt-or)
14183 * ???
14185 Template interface rule summary:
14187 * [T.40: Use function objects to pass operations to algorithms](#Rt-fo)
14188 * [T.41: Require only essential properties in a template's concepts](#Rt-essential)
14189 * [T.42: Use template aliases to simplify notation and hide implementation details](#Rt-alias)
14190 * [T.43: Prefer `using` over `typedef` for defining aliases](#Rt-using)
14191 * [T.44: Use function templates to deduce class template argument types (where feasible)](#Rt-deduce)
14192 * [T.46: Require template arguments to be at least `Regular` or `SemiRegular`](#Rt-regular)
14193 * [T.47: Avoid highly visible unconstrained templates with common names](#Rt-visible)
14194 * [T.48: If your compiler does not support concepts, fake them with `enable_if`](#Rt-concept-def)
14195 * [T.49: Where possible, avoid type-erasure](#Rt-erasure)
14197 Template definition rule summary:
14199 * [T.60: Minimize a template's context dependencies](#Rt-depend)
14200 * [T.61: Do not over-parameterize members (SCARY)](#Rt-scary)
14201 * [T.62: Place non-dependent class template members in a non-templated base class](#Rt-nondependent)
14202 * [T.64: Use specialization to provide alternative implementations of class templates](#Rt-specialization)
14203 * [T.65: Use tag dispatch to provide alternative implementations of functions](#Rt-tag-dispatch)
14204 * [T.67: Use specialization to provide alternative implementations for irregular types](#Rt-specialization2)
14205 * [T.68: Use `{}` rather than `()` within templates to avoid ambiguities](#Rt-cast)
14206 * [T.69: Inside a template, don't make an unqualified nonmember function call unless you intend it to be a customization point](#Rt-customization)
14208 Template and hierarchy rule summary:
14210 * [T.80: Do not naively templatize a class hierarchy](#Rt-hier)
14211 * [T.81: Do not mix hierarchies and arrays](#Rt-array) // ??? somewhere in "hierarchies"
14212 * [T.82: Linearize a hierarchy when virtual functions are undesirable](#Rt-linear)
14213 * [T.83: Do not declare a member function template virtual](#Rt-virtual)
14214 * [T.84: Use a non-template core implementation to provide an ABI-stable interface](#Rt-abi)
14215 * [T.??: ????](#Rt-???)
14217 Variadic template rule summary:
14219 * [T.100: Use variadic templates when you need a function that takes a variable number of arguments of a variety of types](#Rt-variadic)
14220 * [T.101: ??? How to pass arguments to a variadic template ???](#Rt-variadic-pass)
14221 * [T.102: ??? How to process arguments to a variadic template ???](#Rt-variadic-process)
14222 * [T.103: Don't use variadic templates for homogeneous argument lists](#Rt-variadic-not)
14223 * [T.??: ????](#Rt-???)
14225 Metaprogramming rule summary:
14227 * [T.120: Use template metaprogramming only when you really need to](#Rt-metameta)
14228 * [T.121: Use template metaprogramming primarily to emulate concepts](#Rt-emulate)
14229 * [T.122: Use templates (usually template aliases) to compute types at compile time](#Rt-tmp)
14230 * [T.123: Use `constexpr` functions to compute values at compile time](#Rt-fct)
14231 * [T.124: Prefer to use standard-library TMP facilities](#Rt-std-tmp)
14232 * [T.125: If you need to go beyond the standard-library TMP facilities, use an existing library](#Rt-lib)
14233 * [T.??: ????](#Rt-???)
14235 Other template rules summary:
14237 * [T.140: Name all operations with potential for reuse](#Rt-name)
14238 * [T.141: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only](#Rt-lambda)
14239 * [T.142: Use template variables to simplify notation](#Rt-var)
14240 * [T.143: Don't write unintentionally nongeneric code](#Rt-nongeneric)
14241 * [T.144: Don't specialize function templates](#Rt-specialize-function)
14242 * [T.150: Check that a class matches a concept using `static_assert`](#Rt-check-class)
14243 * [T.??: ????](#Rt-???)
14245 ## <a name="SS-GP"></a>T.gp: Generic programming
14247 Generic programming is programming using types and algorithms parameterized by types, values, and algorithms.
14249 ### <a name="Rt-raise"></a>T.1: Use templates to raise the level of abstraction of code
14251 ##### Reason
14253 Generality. Re-use. Efficiency. Encourages consistent definition of user types.
14255 ##### Example, bad
14257 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":
14259     template<typename T>
14260         // requires Incrementable<T>
14261     T sum1(vector<T>& v, T s)
14262     {
14263         for (auto x : v) s += x;
14264         return s;
14265     }
14267     template<typename T>
14268         // requires Simple_number<T>
14269     T sum2(vector<T>& v, T s)
14270     {
14271         for (auto x : v) s = s + x;
14272         return s;
14273     }
14275 Assuming that `Incrementable` does not support `+` and `Simple_number` does not support `+=`, we have overconstrained implementers of `sum1` and `sum2`.
14276 And, in this case, missed an opportunity for a generalization.
14278 ##### Example
14280     template<typename T>
14281         // requires Arithmetic<T>
14282     T sum(vector<T>& v, T s)
14283     {
14284         for (auto x : v) s += x;
14285         return s;
14286     }
14288 Assuming that `Arithmetic` requires both `+` and `+=`, we have constrained the user of `sum` to provide a complete arithmetic type.
14289 That is not a minimal requirement, but it gives the implementer of algorithms much needed freedom and ensures that any `Arithmetic` type
14290 can be used for a wide variety of algorithms.
14292 For additional generality and reusability, we could also use a more general `Container` or `Range` concept instead of committing to only one container, `vector`.
14294 ##### Note
14296 If we define a template to require exactly the operations required for a single implementation of a single algorithm
14297 (e.g., requiring just `+=` rather than also `=` and `+`) and only those, we have overconstrained maintainers.
14298 We aim to minimize requirements on template arguments, but the absolutely minimal requirements of an implementation is rarely a meaningful concept.
14300 ##### Note
14302 Templates can be used to express essentially everything (they are Turing complete), but the aim of generic programming (as expressed using templates)
14303 is to efficiently generalize operations/algorithms over a set of types with similar semantic properties.
14305 ##### Note
14307 The `requires` in the comments are uses of `concepts`.
14308 "Concepts" are defined in an ISO Technical specification: [concepts](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
14309 Currently (July 2016), concepts are supported only in GCC 6.1.
14310 Consequently, we comment out uses of concepts in examples; that is, we use them as formalized comments only.
14311 If you use GCC 6.1, you can uncomment them.
14313 ##### Enforcement
14315 * Flag algorithms with "overly simple" requirements, such as direct use of specific operators without a concept.
14316 * Do not flag the definition of the "overly simple" concepts themselves; they may simply be building blocks for more useful concepts.
14318 ### <a name="Rt-algo"></a>T.2: Use templates to express algorithms that apply to many argument types
14320 ##### Reason
14322 Generality. Minimizing the amount of source code. Interoperability. Re-use.
14324 ##### Example
14326 That's the foundation of the STL. A single `find` algorithm easily works with any kind of input range:
14328     template<typename Iter, typename Val>
14329         // requires Input_iterator<Iter>
14330         //       && Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
14331     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
14332     {
14333         // ...
14334     }
14336 ##### Note
14338 Don't use a template unless you have a realistic need for more than one template argument type.
14339 Don't overabstract.
14341 ##### Enforcement
14343 ??? tough, probably needs a human
14345 ### <a name="Rt-cont"></a>T.3: Use templates to express containers and ranges
14347 ##### Reason
14349 Containers need an element type, and expressing that as a template argument is general, reusable, and type safe.
14350 It also avoids brittle or inefficient workarounds. Convention: That's the way the STL does it.
14352 ##### Example
14354     template<typename T>
14355         // requires Regular<T>
14356     class Vector {
14357         // ...
14358         T* elem;   // points to sz Ts
14359         int sz;
14360     };
14362     Vector<double> v(10);
14363     v[7] = 9.9;
14365 ##### Example, bad
14367     class Container {
14368         // ...
14369         void* elem;   // points to size elements of some type
14370         int sz;
14371     };
14373     Container c(10, sizeof(double));
14374     ((double*) c.elem)[] = 9.9;
14376 This doesn't directly express the intent of the programmer and hides the structure of the program from the type system and optimizer.
14378 Hiding the `void*` behind macros simply obscures the problems and introduces new opportunities for confusion.
14380 **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.
14381 See [Stable base](#Rt-abi).
14383 ##### Enforcement
14385 * Flag uses of `void*`s and casts outside low-level implementation code
14387 ### <a name="Rt-expr"></a>T.4: Use templates to express syntax tree manipulation
14389 ##### Reason
14391  ???
14393 ##### Example
14395     ???
14397 **Exceptions**: ???
14399 ### <a name="Rt-generic-oo"></a>T.5: Combine generic and OO techniques to amplify their strengths, not their costs
14401 ##### Reason
14403 Generic and OO techniques are complementary.
14405 ##### Example
14407 Static helps dynamic: Use static polymorphism to implement dynamically polymorphic interfaces.
14409     class Command {
14410         // pure virtual functions
14411     };
14413     // implementations
14414     template</*...*/>
14415     class ConcreteCommand : public Command {
14416         // implement virtuals
14417     };
14419 ##### Example
14421 Dynamic helps static: Offer a generic, comfortable, statically bound interface, but internally dispatch dynamically, so you offer a uniform object layout.
14422 Examples include type erasure as with `std::shared_ptr`'s deleter (but [don't overuse type erasure](#Rt-erasure)).
14424 ##### Note
14426 In a class template, nonvirtual functions are only instantiated if they're used -- but virtual functions are instantiated every time.
14427 This can bloat code size, and may overconstrain a generic type by instantiating functionality that is never needed.
14428 Avoid this, even though the standard-library facets made this mistake.
14430 ##### See also
14432 * ref ???
14433 * ref ???
14434 * ref ???
14436 ##### Enforcement
14438 See the reference to more specific rules.
14440 ## <a name="SS-concepts"></a>T.concepts: Concept rules
14442 Concepts is a facility for specifying requirements for template arguments.
14443 It is an [ISO technical specification](#Ref-conceptsTS), but currently supported only by GCC.
14444 Concepts are, however, crucial in the thinking about generic programming and the basis of much work on future C++ libraries
14445 (standard and other).
14447 This section assumes concept support
14449 Concept use rule summary:
14451 * [T.10: Specify concepts for all template arguments](#Rt-concepts)
14452 * [T.11: Whenever possible use standard concepts](#Rt-std-concepts)
14453 * [T.12: Prefer concept names over `auto`](#Rt-auto)
14454 * [T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts](#Rt-shorthand)
14455 * ???
14457 Concept definition rule summary:
14459 * [T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics](#Rt-low)
14460 * [T.21: Require a complete set of operations for a concept](#Rt-complete)
14461 * [T.22: Specify axioms for concepts](#Rt-axiom)
14462 * [T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns](#Rt-refine)
14463 * [T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics](#Rt-tag)
14464 * [T.25: Avoid complimentary constraints](#Rt-not)
14465 * [T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax](#Rt-use)
14466 * ???
14468 ## <a name="SS-concept-use"></a>T.con-use: Concept use
14470 ### <a name="Rt-concepts"></a>T.10: Specify concepts for all template arguments
14472 ##### Reason
14474 Correctness and readability.
14475 The assumed meaning (syntax and semantics) of a template argument is fundamental to the interface of a template.
14476 A concept dramatically improves documentation and error handling for the template.
14477 Specifying concepts for template arguments is a powerful design tool.
14479 ##### Example
14481     template<typename Iter, typename Val>
14482     //    requires Input_iterator<Iter>
14483     //             && Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
14484     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
14485     {
14486         // ...
14487     }
14489 or equivalently and more succinctly:
14491     template<Input_iterator Iter, typename Val>
14492     //    requires Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
14493     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
14494     {
14495         // ...
14496     }
14498 ##### Note
14500 "Concepts" are defined in an ISO Technical specification: [concepts](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
14501 A draft of a set of standard-library concepts can be found in another ISO TS: [ranges](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4569.pdf)
14502 Currently (July 2016), concepts are supported only in GCC 6.1.
14503 Consequently, we comment out uses of concepts in examples; that is, we use them as formalized comments only.
14504 If you use GCC 6.1, you can uncomment them:
14506     template<typename Iter, typename Val>
14507         requires Input_iterator<Iter>
14508                && Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
14509     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
14510     {
14511         // ...
14512     }
14514 ##### Note
14516 Plain `typename` (or `auto`) is the least constraining concept.
14517 It should be used only rarely when nothing more than "it's a type" can be assumed.
14518 This is typically only needed when (as part of template metaprogramming code) we manipulate pure expression trees, postponing type checking.
14520 **References**: TC++PL4, Palo Alto TR, Sutton
14522 ##### Enforcement
14524 Flag template type arguments without concepts
14526 ### <a name="Rt-std-concepts"></a>T.11: Whenever possible use standard concepts
14528 ##### Reason
14530  "Standard" concepts (as provided by the [GSL](#S-GSL) and the [Ranges TS](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4569.pdf), and hopefully soon the ISO standard itself)
14531 saves us the work of thinking up our own concepts, are better thought out than we can manage to do in a hurry, and improves interoperability.
14533 ##### Note
14535 Unless you are creating a new generic library, most of the concepts you need will already be defined by the standard library.
14537 ##### Example (using TS concepts)
14539     template<typename T>
14540         // don't define this: Sortable is in the GSL
14541     concept Ordered_container = Sequence<T> && Random_access<Iterator<T>> && Ordered<Value_type<T>>;
14543     void sort(Ordered_container& s);
14545 This `Ordered_container` is quite plausible, but it is very similar to the `Sortable` concept in the GSL (and the Range TS).
14546 Is it better? Is it right? Does it accurately reflect the standard's requirements for `sort`?
14547 It is better and simpler just to use `Sortable`:
14549     void sort(Sortable& s);   // better
14551 ##### Note
14553 The set of "standard" concepts is evolving as we approach an ISO standard including concepts.
14555 ##### Note
14557 Designing a useful concept is challenging.
14559 ##### Enforcement
14561 Hard.
14563 * Look for unconstrained arguments, templates that use "unusual"/non-standard concepts, templates that use "homebrew" concepts without axioms.
14564 * Develop a concept-discovery tool (e.g., see [an early experiment](http://www.stroustrup.com/sle2010_webversion.pdf)).
14566 ### <a name="Rt-auto"></a>T.12: Prefer concept names over `auto` for local variables
14568 ##### Reason
14570  `auto` is the weakest concept. Concept names convey more meaning than just `auto`.
14572 ##### Example (using TS concepts)
14574     vector<string> v;
14575     auto& x = v.front();     // bad
14576     String& s = v.begin();   // good (String is a GSL concept)
14578 ##### Enforcement
14580 * ???
14582 ### <a name="Rt-shorthand"></a>T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts
14584 ##### Reason
14586 Readability. Direct expression of an idea.
14588 ##### Example (using TS concepts)
14590 To say "`T` is `Sortable`":
14592     template<typename T>       // Correct but verbose: "The parameter is
14593     //    requires Sortable<T>   // of type T which is the name of a type
14594     void sort(T&);             // that is Sortable"
14596     template<Sortable T>       // Better (assuming support for concepts): "The parameter is of type T
14597     void sort(T&);             // which is Sortable"
14599     void sort(Sortable&);      // Best (assuming support for concepts): "The parameter is Sortable"
14601 The shorter versions better match the way we speak. Note that many templates don't need to use the `template` keyword.
14603 ##### Note
14605 "Concepts" are defined in an ISO Technical specification: [concepts](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
14606 A draft of a set of standard-library concepts can be found in another ISO TS: [ranges](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4569.pdf)
14607 Currently (July 2016), concepts are supported only in GCC 6.1.
14608 Consequently, we comment out uses of concepts in examples; that is, we use them as formalized comments only.
14609 If you use a compiler that supports concepts (e.g., GCC 6.1), you can remove the `//`.
14611 ##### Enforcement
14613 * Not feasible in the short term when people convert from the `<typename T>` and `<class T`> notation.
14614 * Later, flag declarations that first introduces a typename and then constrains it with a simple, single-type-argument concept.
14616 ## <a name="SS-concepts-def"></a>T.concepts.def: Concept definition rules
14618 Defining good concepts is non-trivial.
14619 Concepts are meant to represent fundamental concepts in an application domain (hence the name "concepts").
14620 Similarly throwing together a set of syntactic constraints to be used for a the arguments for a single class or algorithm is not what concepts were designed for
14621 and will not give the full benefits of the mechanism.
14623 Obviously, defining concepts will be most useful for code that can use an implementation (e.g., GCC 6.1),
14624 but defining concepts is in itself a useful design technique and help catch conceptual errors and clean up the concepts (sic!) of an implementation.
14626 ### <a name="Rt-low"></a>T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics
14628 ##### Reason
14630 Concepts are meant to express semantic notions, such as "a number", "a range" of elements, and "totally ordered."
14631 Simple constraints, such as "has a `+` operator" and "has a `>` operator" cannot be meaningfully specified in isolation
14632 and should be used only as building blocks for meaningful concepts, rather than in user code.
14634 ##### Example, bad (using TS concepts)
14636     template<typename T>
14637     concept Addable = has_plus<T>;    // bad; insufficient
14639     template<Addable N> auto algo(const N& a, const N& b) // use two numbers
14640     {
14641         // ...
14642         return a + b;
14643     }
14645     int x = 7;
14646     int y = 9;
14647     auto z = plus(x, y);   // z = 16
14649     string xx = "7";
14650     string yy = "9";
14651     auto zz = plus(xx, yy);   // zz = "79"
14653 Maybe the concatenation was expected. More likely, it was an accident. Defining minus equivalently would give dramatically different sets of accepted types.
14654 This `Addable` violates the mathematical rule that addition is supposed to be commutative: `a+b == b+a`.
14656 ##### Note
14658 The ability to specify a meaningful semantics is a defining characteristic of a true concept, as opposed to a syntactic constraint.
14660 ##### Example (using TS concepts)
14662     template<typename T>
14663     // The operators +, -, *, and / for a number are assumed to follow the usual mathematical rules
14664     concept Number = has_plus<T>
14665                      && has_minus<T>
14666                      && has_multiply<T>
14667                      && has_divide<T>;
14669     template<Number N> auto algo(const N& a, const N& b) // use two numbers
14670     {
14671         // ...
14672         return a + b;
14673     }
14675     int x = 7;
14676     int y = 9;
14677     auto z = plus(x, y);   // z = 18
14679     string xx = "7";
14680     string yy = "9";
14681     auto zz = plus(xx, yy);   // error: string is not a Number
14683 ##### Note
14685 Concepts with multiple operations have far lower chance of accidentally matching a type than a single-operation concept.
14687 ##### Enforcement
14689 * Flag single-operation `concepts` when used outside the definition of other `concepts`.
14690 * Flag uses of `enable_if` that appears to simulate single-operation `concepts`.
14693 ### <a name="RT-operations"></a>T.21: Require a complete set of operations for a concept
14695 ##### Reason
14697 Ease of comprehension.
14698 Improved interoperability.
14699 Helps implementers and maintainers.
14701 ##### Note
14703 This is a specific variant of the general rule that [a concept must make semantic sense](#Rt-low).
14705 ##### Example, bad (using TS concepts)
14707     template<typename T> concept Subtractable = requires(T a, T, b) { a-b; };
14709 This makes no semantic sense.
14710 You need at least `+` to make `-` meaningful and useful.
14712 Examples of complete sets are
14714 * `Arithmetic`: `+`, `-`, `*`, `/`, `+=`, `-=`, `*=`, `/=`
14715 * `Comparable`: `<`, `>`, `<=`, `>=`, `==`, `!=`
14717 ##### Note
14719 This rule applies whether we use direct language support for concepts or not.
14720 It is a general design rule that even applies to non-templates:
14722     class Minimal {
14723         // ...
14724     };
14726     bool operator==(const Minimal&, const Minimal&);
14727     bool operator<(const Minimal&, const Minimal&);
14729     Minimal operator+(const Minimal&, const Minimal&);
14730     // no other operators
14732     void f(const Minimal& x, const Minimal& y)
14733     {
14734         if (!(x == y) { /* ... */ }     // OK
14735         if (x != y) { /* ... */ }       // surprise! error
14737         while (!(x < y)) { /* ... */ }  // OK
14738         while (x >= y) { /* ... */ }    // surprise! error
14740         x = x + y;        // OK
14741         x += y;             // surprise! error
14742     }
14744 This is minimal, but surprising and constraining for users.
14745 It could even be less efficient.
14747 The rule supports the view that a concept should reflect a (mathematically) coherent set of operations.
14749 ##### Example
14751     class Convenient {
14752         // ...
14753     };
14755     bool operator==(const Convenient&, const Convenient&);
14756     bool operator<(const Convenient&, const Convenient&);
14757     // ... and the other comparison operators ...
14759     Minimal operator+(const Convenient&, const Convenient&);
14760     // .. and the other arithmetic operators ...
14762     void f(const Convenient& x, const Convenient& y)
14763     {
14764         if (!(x == y) { /* ... */ }     // OK
14765         if (x != y) { /* ... */ }       // OK
14767         while (!(x < y)) { /* ... */ }  // OK
14768         while (x >= y) { /* ... */ }    // OK
14770         x = x + y;     // OK
14771         x += y;      // OK
14772     }
14774 It can be a nuisance to define all operators, but not hard.
14775 Ideally, that rule should be language supported by giving you comparison operators by default.
14777 ##### Enforcement
14779 * Flag classes the support "odd" subsets of a set of operators, e.g., `==` but not `!=` or `+` but not `-`.
14780   Yes, `std::string` is "odd", but it's too late to change that.
14783 ### <a name="Rt-axiom"></a>T.22: Specify axioms for concepts
14785 ##### Reason
14787 A meaningful/useful concept has a semantic meaning.
14788 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.
14789 Specifying semantics is a powerful design tool.
14791 ##### Example (using TS concepts)
14793     template<typename T>
14794         // The operators +, -, *, and / for a number are assumed to follow the usual mathematical rules
14795         // axiom(T a, T b) { a + b == b + a; a - a == 0; a * (b + c) == a * b + a * c; /*...*/ }
14796         concept Number = requires(T a, T b) {
14797             {a + b} -> T;   // the result of a + b is convertible to T
14798             {a - b} -> T;
14799             {a * b} -> T;
14800             {a / b} -> T;
14801         }
14803 ##### Note
14805 This is an axiom in the mathematical sense: something that may be assumed without proof.
14806 In general, axioms are not provable, and when they are the proof is often beyond the capability of a compiler.
14807 An axiom may not be general, but the template writer may assume that it holds for all inputs actually used (similar to a precondition).
14809 ##### Note
14811 In this context axioms are Boolean expressions.
14812 See the [Palo Alto TR](#S-references) for examples.
14813 Currently, C++ does not support axioms (even the ISO Concepts TS), so we have to make do with comments for a longish while.
14814 Once language support is available, the `//` in front of the axiom can be removed
14816 ##### Note
14818 The GSL concepts have well defined semantics; see the Palo Alto TR and the Ranges TS.
14820 ##### Exception (using TS concepts)
14822 Early versions of a new "concept" still under development will often just define simple sets of constraints without a well-specified semantics.
14823 Finding good semantics can take effort and time.
14824 An incomplete set of constraints can still be very useful:
14826     // balancer for a generic binary tree
14827     template<typename Node> concept bool Balancer = requires(Node* p) {
14828         add_fixup(p);
14829         touch(p);
14830         detach(p);
14831     }
14833 So a `Balancer` must supply at least thee operations on a tree `Node`,
14834 but we are not yet ready to specify detailed semantics because a new kind of balanced tree might require more operations
14835 and the precise general semantics for all nodes is hard to pin down in the early stages of design.
14837 A "concept" that is incomplete or without a well-specified semantics can still be useful.
14838 For example, it allows for some checking during initial experimentation.
14839 However, it should not be assumed to be stable.
14840 Each new use case may require such an incomplete concepts to be improved.
14842 ##### Enforcement
14844 * Look for the word "axiom" in concept definition comments
14846 ### <a name="Rt-refine"></a>T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns.
14848 ##### Reason
14850 Otherwise they cannot be distinguished automatically by the compiler.
14852 ##### Example (using TS concepts)
14854     template<typename I>
14855     concept bool Input_iter = requires(I iter) { ++iter; };
14857     template<typename I>
14858     concept bool Fwd_iter = Input_iter<I> && requires(I iter) { iter++; }
14860 The compiler can determine refinement based on the sets of required operations (here, suffix `++`).
14861 This decreases the burden on implementers of these types since
14862 they do not need any special declarations to "hook into the concept".
14863 If two concepts have exactly the same requirements, they are logically equivalent (there is no refinement).
14865 ##### Enforcement
14867 * Flag a concept that has exactly the same requirements as another already-seen concept (neither is more refined).
14868 To disambiguate them, see [T.24](#Rt-tag).
14870 ### <a name="Rt-tag"></a>T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics.
14872 ##### Reason
14874 Two concepts requiring the same syntax but having different semantics leads to ambiguity unless the programmer differentiates them.
14876 ##### Example (using TS concepts)
14878     template<typename I>    // iterator providing random access
14879     concept bool RA_iter = ...;
14881     template<typename I>    // iterator providing random access to contiguous data
14882     concept bool Contiguous_iter =
14883         RA_iter<I> && is_contiguous<I>::value;  // using is_contiguous trait
14885 The programmer (in a library) must define `is_contiguous` (a trait) appropriately.
14887 Wrapping a tag class into a concept leads to a simpler expression of this idea:
14889     template<typename I> concept Contiguous = is_contiguous<I>::value;
14891     template<typename I>
14892     concept bool Contiguous_iter = RA_iter<I> && Contiguous<I>;
14894 The programmer (in a library) must define `is_contiguous` (a trait) appropriately.
14896 ##### Note
14898 Traits can be trait classes or type traits.
14899 These can be user-defined or standard-library ones.
14900 Prefer the standard-library ones.
14902 ##### Enforcement
14904 * The compiler flags ambiguous use of identical concepts.
14905 * Flag the definition of identical concepts.
14907 ### <a name="Rt-not"></a>T.25: Avoid complementary constraints
14909 ##### Reason
14911 Clarity. Maintainability.
14912 Functions with complementary requirements expressed using negation are brittle.
14914 ##### Example (using TS concepts)
14916 Initially, people will try to define functions with complementary requirements:
14918     template<typename T>
14919         requires !C<T>    // bad
14920     void f();
14922     template<typename T>
14923         requires C<T>
14924     void f();
14926 This is better:
14928     template<typename T>   // general template
14929         void f();
14931     template<typename T>   // specialization by concept
14932         requires C<T>
14933     void f();
14935 The compiler will choose the unconstrained template only when `C<T>` is
14936 unsatisfied. If you do not want to (or cannot) define an unconstrained
14937 version of `f()`, then delete it.
14939     template<typename T>
14940     void f() = delete;
14942 The compiler will select the overload and emit an appropriate error.
14944 ##### Note
14946 Complementary constraints are unfortunately common in `enable_if` code:
14948     template<typename T>
14949     enable_if<!C<T>, void>   // bad
14950     f();
14952     template<typename T>
14953     enable_if<C<T>, void>
14954     f();
14957 ##### Note
14959 Complementary requirements on one requirements is sometimes (wrongly) considered manageable.
14960 However, for two or more requirements the number of definitions needs can go up exponentially (2,4,9,16,...):
14962     C1<T> && C2<T>
14963     !C1<T> && C2<T>
14964     C1<T> && !C2<T>
14965     !C1<T> && !C2<T>
14967 Now the opportunities for errors multiply.
14969 ##### Enforcement
14971 * Flag pairs of functions with `C<T>` and `!C<T>` constraints
14973 ### <a name="Rt-use"></a>T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax
14975 ##### Reason
14977 The definition is more readable and corresponds directly to what a user has to write.
14978 Conversions are taken into account. You don't have to remember the names of all the type traits.
14980 ##### Example (using TS concepts)
14982 You might be tempted to define a concept `Equality` like this:
14984     template<typename T> concept Equality = has_equal<T> && has_not_equal<T>;
14986 Obviously, it would be better and easier just to use the standard `EqualityComparable`,
14987 but - just as an example - if you had to define such a concept, prefer:
14989     template<typename T> concept Equality = requires(T a, T b) {
14990         bool == { a == b }
14991         bool == { a != b }
14992         // axiom { !(a == b) == (a != b) }
14993         // axiom { a = b; => a == b }  // => means "implies"
14994     }
14996 as opposed to defining two meaningless concepts `has_equal` and `has_not_equal` just as helpers in the definition of `Equality`.
14997 By "meaningless" we mean that we cannot specify the semantics of `has_equal` in isolation.
14999 ##### Enforcement
15003 ## <a name="SS-temp-interface"></a>Template interfaces
15005 Over the years, programming with templates have suffered from a weak distinction between the interface of a template
15006 and its implementation.
15007 Before concepts, that distinction had no direct language support.
15008 However, the interface to a template is a critical concept - a contract between a user and an implementer - and should be carefully designed.
15010 ### <a name="Rt-fo"></a>T.40: Use function objects to pass operations to algorithms
15012 ##### Reason
15014 Function objects can carry more information through an interface than a "plain" pointer to function.
15015 In general, passing function objects gives better performance than passing pointers to functions.
15017 ##### Example (using TS concepts)
15019     bool greater(double x, double y) { return x > y; }
15020     sort(v, greater);                                    // pointer to function: potentially slow
15021     sort(v, [](double x, double y) { return x > y; });   // function object
15022     sort(v, std::greater<>);                             // function object
15024     bool greater_than_7(double x) { return x > 7; }
15025     auto x = find_if(v, greater_than_7);                 // pointer to function: inflexible
15026     auto y = find_if(v, [](double x) { return x > 7; }); // function object: carries the needed data
15027     auto z = find_if(v, Greater_than<double>(7));        // function object: carries the needed data
15029 You can, of course, generalize those functions using `auto` or (when and where available) concepts. For example:
15031     auto y1 = find_if(v, [](Ordered x) { return x > 7; }); // require an ordered type
15032     auto z1 = find_if(v, [](auto x) { return x > 7; });    // hope that the type has a >
15034 ##### Note
15036 Lambdas generate function objects.
15038 ##### Note
15040 The performance argument depends on compiler and optimizer technology.
15042 ##### Enforcement
15044 * Flag pointer to function template arguments.
15045 * Flag pointers to functions passed as arguments to a template (risk of false positives).
15048 ### <a name="Rt-essential"></a>T.41: Require only essential properties in a template's concepts
15050 ##### Reason
15052 Keep interfaces simple and stable.
15054 ##### Example (using TS concepts)
15056 Consider, a `sort` instrumented with (oversimplified) simple debug support:
15058     void sort(Sortable& s)  // sort sequence s
15059     {
15060         if (debug) cerr << "enter sort( " << s <<  ")\n";
15061         // ...
15062         if (debug) cerr << "exit sort( " << s <<  ")\n";
15063     }
15065 Should this be rewritten to:
15067     template<Sortable S>
15068         requires Streamable<S>
15069     void sort(S& s)  // sort sequence s
15070     {
15071         if (debug) cerr << "enter sort( " << s <<  ")\n";
15072         // ...
15073         if (debug) cerr << "exit sort( " << s <<  ")\n";
15074     }
15076 After all, there is nothing in `Sortable` that requires `iostream` support.
15077 On the other hand, there is nothing in the fundamental idea of sorting that says anything about debugging.
15079 ##### Note
15081 If we require every operation used to be listed among the requirements, the interface becomes unstable:
15082 Every time we change the debug facilities, the usage data gathering, testing support, error reporting, etc.
15083 The definition of the template would need change and every use of the template would have to be recompiled.
15084 This is cumbersome, and in some environments infeasible.
15086 Conversely, if we use an operation in the implementation that is not guaranteed by concept checking,
15087 we may get a late compile-time error.
15089 By not using concept checking for properties of a template argument that is not considered essential,
15090 we delay checking until instantiation time.
15091 We consider this a worthwhile tradeoff.
15093 Note that using non-local, non-dependent names (such as `debug` and `cerr`) also introduces context dependencies that may lead to "mysterious" errors.
15095 ##### Note
15097 It can be hard to decide which properties of a type is essential and which are not.
15099 ##### Enforcement
15103 ### <a name="Rt-alias"></a>T.42: Use template aliases to simplify notation and hide implementation details
15105 ##### Reason
15107 Improved readability.
15108 Implementation hiding.
15109 Note that template aliases replace many uses of traits to compute a type.
15110 They can also be used to wrap a trait.
15112 ##### Example
15114     template<typename T, size_t N>
15115     class Matrix {
15116         // ...
15117         using Iterator = typename std::vector<T>::iterator;
15118         // ...
15119     };
15121 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>::`.
15123 ##### Example
15125     template<typename T>
15126     void user(T& c)
15127     {
15128         // ...
15129         typename container_traits<T>::value_type x; // bad, verbose
15130         // ...
15131     }
15133     template<typename T>
15134     using Value_type = typename container_traits<T>::value_type;
15137 This saves the user of `Value_type` from having to know the technique used to implement `value_type`s.
15139     template<typename T>
15140     void user2(T& c)
15141     {
15142         // ...
15143         Value_type<T> x;
15144         // ...
15145     }
15147 ##### Note
15149 A simple, common use could be expressed: "Wrap traits!"
15151 ##### Enforcement
15153 * Flag use of `typename` as a disambiguator outside `using` declarations.
15154 * ???
15156 ### <a name="Rt-using"></a>T.43: Prefer `using` over `typedef` for defining aliases
15158 ##### Reason
15160 Improved readability: With `using`, the new name comes first rather than being embedded somewhere in a declaration.
15161 Generality: `using` can be used for template aliases, whereas `typedef`s can't easily be templates.
15162 Uniformity: `using` is syntactically similar to `auto`.
15164 ##### Example
15166     typedef int (*PFI)(int);   // OK, but convoluted
15168     using PFI2 = int (*)(int);   // OK, preferred
15170     template<typename T>
15171     typedef int (*PFT)(T);      // error
15173     template<typename T>
15174     using PFT2 = int (*)(T);   // OK
15176 ##### Enforcement
15178 * Flag uses of `typedef`. This will give a lot of "hits" :-(
15180 ### <a name="Rt-deduce"></a>T.44: Use function templates to deduce class template argument types (where feasible)
15182 ##### Reason
15184 Writing the template argument types explicitly can be tedious and unnecessarily verbose.
15186 ##### Example
15188     tuple<int, string, double> t1 = {1, "Hamlet", 3.14};   // explicit type
15189     auto t2 = make_tuple(1, "Ophelia"s, 3.14);         // better; deduced type
15191 Note the use of the `s` suffix to ensure that the string is a `std::string`, rather than a C-style string.
15193 ##### Note
15195 Since you can trivially write a `make_T` function, so could the compiler. Thus, `make_T` functions may become redundant in the future.
15197 ##### Exception
15199 Sometimes there isn't a good way of getting the template arguments deduced and sometimes, you want to specify the arguments explicitly:
15201     vector<double> v = { 1, 2, 3, 7.9, 15.99 };
15202     list<Record*> lst;
15204 ##### Note
15206 Note that C++17 will make this rule redundant by allowing the template arguments to be deduced directly from constructor arguments:
15207 [Template parameter deduction for constructors (Rev. 3)](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0091r1.html).
15208 For example:
15210     tuple t1 = {1, "Hamlet"s, 3.14}; // deduced: tuple<int, string, double>
15212 ##### Enforcement
15214 Flag uses where an explicitly specialized type exactly matches the types of the arguments used.
15216 ### <a name="Rt-regular"></a>T.46: Require template arguments to be at least `Regular` or `SemiRegular`
15218 ##### Reason
15220  Readability.
15221  Preventing surprises and errors.
15222  Most uses support that anyway.
15224 ##### Example
15226     class X {
15227             // ...
15228     public:
15229         explicit X(int);
15230         X(const X&);            // copy
15231         X operator=(const X&);
15232         X(X&&);                 // move
15233         X& operator=(X&&);
15234         ~X();
15235         // ... no more constructors ...
15236     };
15238     X x {1};    // fine
15239     X y = x;      // fine
15240     std::vector<X> v(10); // error: no default constructor
15242 ##### Note
15244 Semiregular requires default constructible.
15246 ##### Enforcement
15248 * Flag types that are not at least `SemiRegular`.
15250 ### <a name="Rt-visible"></a>T.47: Avoid highly visible unconstrained templates with common names
15252 ##### Reason
15254  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.
15255  This is particularly annoying/dangerous when ADL is used.
15256  Common names make this problem more likely.
15258 ##### Example
15260     namespace Bad {
15261         struct S { int m; };
15262         template<typename T1, typename T2>
15263         bool operator==(T1, T2) { cout << "Bad\n"; return true; }
15264     }
15266     namespace T0 {
15267         bool operator==(int, Bad::S) { cout << "T0\n"; return true; }  // compare to int
15269         void test()
15270         {
15271             Bad::S bad{ 1 };
15272             vector<int> v(10);
15273             bool b = 1 == bad;
15274             bool b2 = v.size() == bad;
15275         }
15276     }
15278 This prints `T0` and `Bad`.
15280 Now the `==` in `Bad` was designed to cause trouble, but would you have spotted the problem in real code?
15281 The problem is that `v.size()` returns an `unsigned` integer so that a conversion is needed to call the local `==`;
15282 the `==` in `Bad` requires no conversions.
15283 Realistic types, such as the standard library iterators can be made to exhibit similar anti-social tendencies.
15285 ##### Note
15287 If an unconstrained template is defined in the same namespace as a type,
15288 that unconstrained template can be found by ADL (as happened in the example).
15289 That is, it is highly visible.
15291 ##### Note
15293 This rule should not be necessary, but the committee cannot agree to exclude unconstrained templated from ADL.
15295 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`.
15298 ##### Enforcement
15300 Flag templates defined in a namespace where concrete types are also defined (maybe not feasible until we have concepts).
15303 ### <a name="Rt-concept-def"></a>T.48: If your compiler does not support concepts, fake them with `enable_if`
15305 ##### Reason
15307 Because that's the best we can do without direct concept support.
15308 `enable_if` can be used to conditionally define functions and to select among a set of functions.
15310 ##### Example
15312     enable_if<???>
15314 ##### Note
15316 Beware of [complementary constraints](# T.25).
15317 Faking concept overloading using `enable_if` sometimes forces us to use that error-prone design technique.
15319 ##### Enforcement
15323 ### <a name="Rt-erasure"></a>T.49: Where possible, avoid type-erasure
15325 ##### Reason
15327 Type erasure incurs an extra level of indirection by hiding type information behind a separate compilation boundary.
15329 ##### Example
15331     ???
15333 **Exceptions**: Type erasure is sometimes appropriate, such as for `std::function`.
15335 ##### Enforcement
15340 ##### Note
15343 ## <a name="SS-temp-def"></a>T.def: Template definitions
15345 A template definition (class or function) can contain arbitrary code, so only a comprehensive review of C++ programming techniques would cover this topic.
15346 However, this section focuses on what is specific to template implementation.
15347 In particular, it focuses on a template definition's dependence on its context.
15349 ### <a name="Rt-depend"></a>T.60: Minimize a template's context dependencies
15351 ##### Reason
15353 Eases understanding.
15354 Minimizes errors from unexpected dependencies.
15355 Eases tool creation.
15357 ##### Example
15359     template<typename C>
15360     void sort(C& c)
15361     {
15362         std::sort(begin(c), end(c)); // necessary and useful dependency
15363     }
15365     template<typename Iter>
15366     Iter algo(Iter first, Iter last) {
15367         for (; first != last; ++first) {
15368             auto x = sqrt(*first); // potentially surprising dependency: which sqrt()?
15369             helper(first, x);      // potentially surprising dependency:
15370                                    // helper is chosen based on first and x
15371             TT var = 7;            // potentially surprising dependency: which TT?
15372         }
15373     }
15375 ##### Note
15377 Templates typically appear in header files so their context dependencies are more vulnerable to `#include` order dependencies than functions in `.cpp` files.
15379 ##### Note
15381 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.
15382 For example, an algorithm usually uses other algorithms and invoke operations that does not exclusively operate on arguments.
15383 And don't get us started on macros!
15384 See also [T.69](#Rt-customization)
15386 ##### Enforcement
15388 ??? Tricky
15390 ### <a name="Rt-scary"></a>T.61: Do not over-parameterize members (SCARY)
15392 ##### Reason
15394 A member that does not depend on a template parameter cannot be used except for a specific template argument.
15395 This limits use and typically increases code size.
15397 ##### Example, bad
15399     template<typename T, typename A = std::allocator{}>
15400         // requires Regular<T> && Allocator<A>
15401     class List {
15402     public:
15403         struct Link {   // does not depend on A
15404             T elem;
15405             T* pre;
15406             T* suc;
15407         };
15409         using iterator = Link*;
15411         iterator first() const { return head; }
15413         // ...
15414     private:
15415         Link* head;
15416     };
15418     List<int> lst1;
15419     List<int, My_allocator> lst2;
15421     ???
15423 This looks innocent enough, but ???
15425     template<typename T>
15426     struct Link {
15427         T elem;
15428         T* pre;
15429         T* suc;
15430     };
15432     template<typename T, typename A = std::allocator{}>
15433         // requires Regular<T> && Allocator<A>
15434     class List2 {
15435     public:
15436         using iterator = Link<T>*;
15438         iterator first() const { return head; }
15440         // ...
15441     private:
15442         Link* head;
15443     };
15445     List<int> lst1;
15446     List<int, My_allocator> lst2;
15448     ???
15450 ##### Enforcement
15452 * Flag member types that do not depend on every template argument
15453 * Flag member functions that do not depend on every template argument
15455 ### <a name="Rt-nondependent"></a>T.62: Place non-dependent class template members in a non-templated base class
15457 ##### Reason
15459  Allow the base class members to be used without specifying template arguments and without template instantiation.
15461 ##### Example
15463     template<typename T>
15464     class Foo {
15465     public:
15466         enum { v1, v2 };
15467         // ...
15468     };
15472     struct Foo_base {
15473         enum { v1, v2 };
15474         // ...
15475     };
15477     template<typename T>
15478     class Foo : public Foo_base {
15479     public:
15480         // ...
15481     };
15483 ##### Note
15485 A more general version of this rule would be
15486 "If a template class member depends on only N template parameters out of M, place it in a base class with only N parameters."
15487 For N == 1, we have a choice of a base class of a class in the surrounding scope as in [T.61](#Rt-scary).
15489 ??? What about constants? class statics?
15491 ##### Enforcement
15493 * Flag ???
15495 ### <a name="Rt-specialization"></a>T.64: Use specialization to provide alternative implementations of class templates
15497 ##### Reason
15499 A template defines a general interface.
15500 Specialization offers a powerful mechanism for providing alternative implementations of that interface.
15502 ##### Example
15504     ??? string specialization (==)
15506     ??? representation specialization ?
15508 ##### Note
15512 ##### Enforcement
15516 ### <a name="Rt-tag-dispatch"></a>T.65: Use tag dispatch to provide alternative implementations of a function
15518 ##### Reason
15520 * A template defines a general interface.
15521 * Tag dispatch allows us to select implementations based on specific properties of an argument type.
15522 * Performance.
15524 ##### Example
15526 This is a simplified version of `std::copy` (ignoring the possibility of non-contiguous sequences)
15528     struct pod_tag {};
15529     struct non_pod_tag {};
15531     template<class T> struct copy_trait { using tag = non_pod_tag; };   // T is not "plain old data"
15533     template<> struct copy_trait<int> { using tag = pod_tag; };         // int is "plain old data"
15535     template<class Iter>
15536     Out copy_helper(Iter first, Iter last, Iter out, pod_tag)
15537     {
15538         // use memmove
15539     }
15541     template<class Iter>
15542     Out copy_helper(Iter first, Iter last, Iter out, non_pod_tag)
15543     {
15544         // use loop calling copy constructors
15545     }
15547     template<class Itert>
15548     Out copy(Iter first, Iter last, Iter out)
15549     {
15550         return copy_helper(first, last, out, typename copy_trait<Iter>::tag{})
15551     }
15553     void use(vector<int>& vi, vector<int>& vi2, vector<string>& vs, vector<string>& vs2)
15554     {
15555         copy(vi.begin(), vi.end(), vi2.begin()); // uses memmove
15556         copy(vs.begin(), vs.end(), vs2.begin()); // uses a loop calling copy constructors
15557     }
15559 This is a general and powerful technique for compile-time algorithm selection.
15561 ##### Note
15563 When `concept`s become widely available such alternatives can be distinguished directly:
15565     template<class Iter>
15566         requires Pod<Value_type<iter>>
15567     Out copy_helper(In, first, In last, Out out)
15568     {
15569         // use memmove
15570     }
15572     template<class Iter>
15573     Out copy_helper(In, first, In last, Out out)
15574     {
15575         // use loop calling copy constructors
15576     }
15578 ##### Enforcement
15583 ### <a name="Rt-specialization2"></a>T.67: Use specialization to provide alternative implementations for irregular types
15585 ##### Reason
15587  ???
15589 ##### Example
15591     ???
15593 ##### Enforcement
15597 ### <a name="Rt-cast"></a>T.68: Use `{}` rather than `()` within templates to avoid ambiguities
15599 ##### Reason
15601  `()` is vulnerable to grammar ambiguities.
15603 ##### Example
15605     template<typename T, typename U>
15606     void f(T t, U u)
15607     {
15608         T v1(x);    // is v1 a function of a variable?
15609         T v2 {x};   // variable
15610         auto x = T(u);  // construction or cast?
15611     }
15613     f(1, "asdf"); // bad: cast from const char* to int
15615 ##### Enforcement
15617 * flag `()` initializers
15618 * flag function-style casts
15621 ### <a name="Rt-customization"></a>T.69: Inside a template, don't make an unqualified nonmember function call unless you intend it to be a customization point
15623 ##### Reason
15625 * Provide only intended flexibility.
15626 * Avoid vulnerability to accidental environmental changes.
15628 ##### Example
15630 There are three major ways to let calling code customize a template.
15632     template<class T>
15633         // Call a member function
15634     void test1(T t)
15635     {
15636         t.f();    // require T to provide f()
15637     }
15639     template<class T>
15640     void test2(T t)
15641         // Call a nonmember function without qualification
15642     {
15643         f(t);  // require f(/*T*/) be available in caller's scope or in T's namespace
15644     }
15646     template<class T>
15647     void test3(T t)
15648         // Invoke a "trait"
15649     {
15650         test_traits<T>::f(t); // require customizing test_traits<>
15651                               // to get non-default functions/types
15652     }
15654 A trait is usually a type alias to compute a type,
15655 a `constexpr` function to compute a value,
15656 or a traditional traits template to be specialized on the user's type.
15658 ##### Note
15660 If you intend to call your own helper function `helper(t)` with a value `t` that depends on a template type parameter,
15661 put it in a `::detail` namespace and qualify the call as `detail::helper(t);`.
15662 An unqualified call becomes a customization point where any function `helper` in the namespace of `t`'s type can be invoked;
15663 this can cause problems like [unintentionally invoking unconstrained function templates](#Rt-unconstrained-adl).
15666 ##### Enforcement
15668 * In a template, flag an unqualified call to a nonmember function that passes a variable of dependent type when there is a nonmember function of the same name in the template's namespace.
15671 ## <a name="SS-temp-hier"></a>T.temp-hier: Template and hierarchy rules:
15673 Templates are the backbone of C++'s support for generic programming and class hierarchies the backbone of its support
15674 for object-oriented programming.
15675 The two language mechanisms can be used effectively in combination, but a few design pitfalls must be avoided.
15677 ### <a name="Rt-hier"></a>T.80: Do not naively templatize a class hierarchy
15679 ##### Reason
15681 Templating a class hierarchy that has many functions, especially many virtual functions, can lead to code bloat.
15683 ##### Example, bad
15685     template<typename T>
15686     struct Container {         // an interface
15687         virtual T* get(int i);
15688         virtual T* first();
15689         virtual T* next();
15690         virtual void sort();
15691     };
15693     template<typename T>
15694     class Vector : public Container<T> {
15695     public:
15696         // ...
15697     };
15699     vector<int> vi;
15700     vector<string> vs;
15702 It is probably a dumb idea to define a `sort` as a member function of a container, but it is not unheard of and it makes a good example of what not to do.
15704 Given this, the compiler cannot know if `vector<int>::sort()` is called, so it must generate code for it.
15705 Similar for `vector<string>::sort()`.
15706 Unless those two functions are called that's code bloat.
15707 Imagine what this would do to a class hierarchy with dozens of member functions and dozens of derived classes with many instantiations.
15709 ##### Note
15711 In many cases you can provide a stable interface by not parameterizing a base;
15712 see ["stable base"](#Rt-abi) and [OO and GP](#Rt-generic-oo)
15714 ##### Enforcement
15716 * Flag virtual functions that depend on a template argument. ??? False positives
15718 ### <a name="Rt-array"></a>T.81: Do not mix hierarchies and arrays
15720 ##### Reason
15722 An array of derived classes can implicitly "decay" to a pointer to a base class with potential disastrous results.
15724 ##### Example
15726 Assume that `Apple` and `Pear` are two kinds of `Fruit`s.
15728     void maul(Fruit* p)
15729     {
15730         *p = Pear{};     // put a Pear into *p
15731         p[1] = Pear{};   // put a Pear into p[2]
15732     }
15734     Apple aa [] = { an_apple, another_apple };   // aa contains Apples (obviously!)
15736     maul(aa);
15737     Apple& a0 = &aa[0];   // a Pear?
15738     Apple& a1 = &aa[1];   // a Pear?
15740 Probably, `aa[0]` will be a `Pear` (without the use of a cast!).
15741 If `sizeof(Apple) != sizeof(Pear)` the access to `aa[1]` will not be aligned to the proper start of an object in the array.
15742 We have a type violation and possibly (probably) a memory corruption.
15743 Never write such code.
15745 Note that `maul()` violates the a `T*` points to an individual object [Rule](#???).
15747 **Alternative**: Use a proper (templatized) container:
15749     void maul2(Fruit* p)
15750     {
15751         *p = Pear{};   // put a Pear into *p
15752     }
15754     vector<Apple> va = { an_apple, another_apple };   // va contains Apples (obviously!)
15756     maul2(va);       // error: cannot convert a vector<Apple> to a Fruit*
15757     maul2(&va[0]);   // you asked for it
15759     Apple& a0 = &va[0];   // a Pear?
15761 Note that the assignment in `maul2()` violated the no-slicing [Rule](#???).
15763 ##### Enforcement
15765 * Detect this horror!
15767 ### <a name="Rt-linear"></a>T.82: Linearize a hierarchy when virtual functions are undesirable
15769 ##### Reason
15771  ???
15773 ##### Example
15775     ???
15777 ##### Enforcement
15781 ### <a name="Rt-virtual"></a>T.83: Do not declare a member function template virtual
15783 ##### Reason
15785 C++ does not support that.
15786 If it did, vtbls could not be generated until link time.
15787 And in general, implementations must deal with dynamic linking.
15789 ##### Example, don't
15791     class Shape {
15792         // ...
15793         template<class T>
15794         virtual bool intersect(T* p);   // error: template cannot be virtual
15795     };
15797 ##### Note
15799 We need a rule because people keep asking about this
15801 ##### Alternative
15803 Double dispatch, visitors, calculate which function to call
15805 ##### Enforcement
15807 The compiler handles that.
15809 ### <a name="Rt-abi"></a>T.84: Use a non-template core implementation to provide an ABI-stable interface
15811 ##### Reason
15813 Improve stability of code.
15814 Avoid code bloat.
15816 ##### Example
15818 It could be a base class:
15820     struct Link_base {   // stable
15821         Link* suc;
15822         Link* pre;
15823     };
15825     template<typename T>   // templated wrapper to add type safety
15826     struct Link : Link_base {
15827         T val;
15828     };
15830     struct List_base {
15831         Link_base* first;   // first element (if any)
15832         int sz;             // number of elements
15833         void add_front(Link_base* p);
15834         // ...
15835     };
15837     template<typename T>
15838     class List : List_base {
15839     public:
15840         void put_front(const T& e) { add_front(new Link<T>{e}); }   // implicit cast to Link_base
15841         T& front() { static_cast<Link<T>*>(first).val; }   // explicit cast back to Link<T>
15842         // ...
15843     };
15845     List<int> li;
15846     List<string> ls;
15848 Now there is only one copy of the operations linking and unlinking elements of a `List`.
15849 The `Link` and `List` classes do nothing but type manipulation.
15851 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.
15853 **Alternative**: Use a [PIMPL](#???) implementation.
15855 ##### Enforcement
15859 ## <a name="SS-variadic"></a>T.var: Variadic template rules
15863 ### <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
15865 ##### Reason
15867 Variadic templates is the most general mechanism for that, and is both efficient and type-safe. Don't use C varargs.
15869 ##### Example
15871     ??? printf
15873 ##### Enforcement
15875 * Flag uses of `va_arg` in user code.
15877 ### <a name="Rt-variadic-pass"></a>T.101: ??? How to pass arguments to a variadic template ???
15879 ##### Reason
15881  ???
15883 ##### Example
15885     ??? beware of move-only and reference arguments
15887 ##### Enforcement
15891 ### <a name="Rt-variadic-process"></a>T.102: How to process arguments to a variadic template
15893 ##### Reason
15895  ???
15897 ##### Example
15899     ??? forwarding, type checking, references
15901 ##### Enforcement
15905 ### <a name="Rt-variadic-not"></a>T.103: Don't use variadic templates for homogeneous argument lists
15907 ##### Reason
15909 There are more precise ways of specifying a homogeneous sequence, such as an `initializer_list`.
15911 ##### Example
15913     ???
15915 ##### Enforcement
15919 ## <a name="SS-meta"></a>T.meta: Template metaprogramming (TMP)
15921 Templates provide a general mechanism for compile-time programming.
15923 Metaprogramming is programming where at least one input or one result is a type.
15924 Templates offer Turing-complete (modulo memory capacity) duck typing at compile time.
15925 The syntax and techniques needed are pretty horrendous.
15927 ### <a name="Rt-metameta"></a>T.120: Use template metaprogramming only when you really need to
15929 ##### Reason
15931 Template metaprogramming is hard to get right, slows down compilation, and is often very hard to maintain.
15932 However, there are real-world examples where template metaprogramming provides better performance that any alternative short of expert-level assembly code.
15933 Also, there are real-world examples where template metaprogramming expresses the fundamental ideas better than run-time code.
15934 For example, if you really need AST manipulation at compile time (e.g., for optional matrix operation folding) there may be no other way in C++.
15936 ##### Example, bad
15938     ???
15940 ##### Example, bad
15942     enable_if
15944 Instead, use concepts. But see [How to emulate concepts if you don't have language support](#Rt-emulate).
15946 ##### Example
15948     ??? good
15950 **Alternative**: If the result is a value, rather than a type, use a [`constexpr` function](#Rt-fct).
15952 ##### Note
15954 If you feel the need to hide your template metaprogramming in macros, you have probably gone too far.
15956 ### <a name="Rt-emulate"></a>T.121: Use template metaprogramming primarily to emulate concepts
15958 ##### Reason
15960 Until concepts become generally available, we need to emulate them using TMP.
15961 Use cases that require concepts (e.g. overloading based on concepts) are among the most common (and simple) uses of TMP.
15963 ##### Example
15965     template<typename Iter>
15966         /*requires*/ enable_if<random_access_iterator<Iter>, void>
15967     advance(Iter p, int n) { p += n; }
15969     template<typename Iter>
15970         /*requires*/ enable_if<forward_iterator<Iter>, void>
15971     advance(Iter p, int n) { assert(n >= 0); while (n--) ++p;}
15973 ##### Note
15975 Such code is much simpler using concepts:
15977     void advance(RandomAccessIterator p, int n) { p += n; }
15979     void advance(ForwardIterator p, int n) { assert(n >= 0); while (n--) ++p;}
15981 ##### Enforcement
15985 ### <a name="Rt-tmp"></a>T.122: Use templates (usually template aliases) to compute types at compile time
15987 ##### Reason
15989 Template metaprogramming is the only directly supported and half-way principled way of generating types at compile time.
15991 ##### Note
15993 "Traits" techniques are mostly replaced by template aliases to compute types and `constexpr` functions to compute values.
15995 ##### Example
15997     ??? big object / small object optimization
15999 ##### Enforcement
16003 ### <a name="Rt-fct"></a>T.123: Use `constexpr` functions to compute values at compile time
16005 ##### Reason
16007 A function is the most obvious and conventional way of expressing the computation of a value.
16008 Often a `constexpr` function implies less compile-time overhead than alternatives.
16010 ##### Note
16012 "Traits" techniques are mostly replaced by template aliases to compute types and `constexpr` functions to compute values.
16014 ##### Example
16016     template<typename T>
16017         // requires Number<T>
16018     constexpr T pow(T v, int n)   // power/exponential
16019     {
16020         T res = 1;
16021         while (n--) res *= v;
16022         return res;
16023     }
16025     constexpr auto f7 = pow(pi, 7);
16027 ##### Enforcement
16029 * Flag template metaprograms yielding a value. These should be replaced with `constexpr` functions.
16031 ### <a name="Rt-std-tmp"></a>T.124: Prefer to use standard-library TMP facilities
16033 ##### Reason
16035 Facilities defined in the standard, such as `conditional`, `enable_if`, and `tuple`, are portable and can be assumed to be known.
16037 ##### Example
16039     ???
16041 ##### Enforcement
16045 ### <a name="Rt-lib"></a>T.125: If you need to go beyond the standard-library TMP facilities, use an existing library
16047 ##### Reason
16049 Getting advanced TMP facilities is not easy and using a library makes you part of a (hopefully supportive) community.
16050 Write your own "advanced TMP support" only if you really have to.
16052 ##### Example
16054     ???
16056 ##### Enforcement
16060 ## <a name="SS-temp-other"></a>Other template rules
16062 ### <a name="Rt-name"></a>T.140: Name all operations with potential for reuse
16064 ##### Reason
16066 Documentation, readability, opportunity for reuse.
16068 ##### Example
16070     struct Rec {
16071         string name;
16072         string addr;
16073         int id;         // unique identifier
16074     };
16076     bool same(const Rec& a, const Rec& b)
16077     {
16078         return a.id == b.id;
16079     }
16081     vector<Rec*> find_id(const string& name);    // find all records for "name"
16083     auto x = find_if(vr.begin(), vr.end(),
16084         [&](Rec& r) {
16085             if (r.name.size() != n.size()) return false; // name to compare to is in n
16086             for (int i = 0; i < r.name.size(); ++i)
16087                 if (tolower(r.name[i]) != tolower(n[i])) return false;
16088             return true;
16089         }
16090     );
16092 There is a useful function lurking here (case insensitive string comparison), as there often is when lambda arguments get large.
16094     bool compare_insensitive(const string& a, const string& b)
16095     {
16096         if (a.size() != b.size()) return false;
16097         for (int i = 0; i < a.size(); ++i) if (tolower(a[i]) != tolower(b[i])) return false;
16098         return true;
16099     }
16101     auto x = find_if(vr.begin(), vr.end(),
16102         [&](Rec& r) { compare_insensitive(r.name, n); }
16103     );
16105 Or maybe (if you prefer to avoid the implicit name binding to n):
16107     auto cmp_to_n = [&n](const string& a) { return compare_insensitive(a, n); };
16109     auto x = find_if(vr.begin(), vr.end(),
16110         [](const Rec& r) { return cmp_to_n(r.name); }
16111     );
16113 ##### Note
16115 whether functions, lambdas, or operators.
16117 ##### Exception
16119 * Lambdas logically used only locally, such as an argument to `for_each` and similar control flow algorithms.
16120 * Lambdas as [initializers](#???)
16122 ##### Enforcement
16124 * (hard) flag similar lambdas
16125 * ???
16127 ### <a name="Rt-lambda"></a>T.141: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only
16129 ##### Reason
16131 That makes the code concise and gives better locality than alternatives.
16133 ##### Example
16135     auto earlyUsersEnd = std::remove_if(users.begin(), users.end(),
16136                                         [](const User &a) { return a.id > 100; });
16139 ##### Exception
16141 Naming a lambda can be useful for clarity even if it is used only once.
16143 ##### Enforcement
16145 * Look for identical and near identical lambdas (to be replaced with named functions or named lambdas).
16147 ### <a name="Rt-var"></a>T.142?: Use template variables to simplify notation
16149 ##### Reason
16151 Improved readability.
16153 ##### Example
16155     ???
16157 ##### Enforcement
16161 ### <a name="Rt-nongeneric"></a>T.143: Don't write unintentionally nongeneric code
16163 ##### Reason
16165 Generality. Reusability. Don't gratuitously commit to details; use the most general facilities available.
16167 ##### Example
16169 Use `!=` instead of `<` to compare iterators; `!=` works for more objects because it doesn't rely on ordering.
16171     for (auto i = first; i < last; ++i) {   // less generic
16172         // ...
16173     }
16175     for (auto i = first; i != last; ++i) {   // good; more generic
16176         // ...
16177     }
16179 Of course, range-`for` is better still where it does what you want.
16181 ##### Example
16183 Use the least-derived class that has the functionality you need.
16185     class Base {
16186     public:
16187         Bar f();
16188         Bar g();
16189     };
16191     class Derived1 : public Base {
16192     public:
16193         Bar h();
16194     };
16196     class Derived2 : public Base {
16197     public:
16198         Bar j();
16199     };
16201     // bad, unless there is a specific reason for limiting to Derived1 objects only
16202     void my_func(Derived1& param)
16203     {
16204         use(param.f());
16205         use(param.g());
16206     }
16208     // good, uses only Base interface so only commit to that
16209     void my_func(Base& param)
16210     {
16211         use(param.f());
16212         use(param.g());
16213     }
16215 ##### Enforcement
16217 * Flag comparison of iterators using `<` instead of `!=`.
16218 * 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.
16219 * Flag functions that take a pointer or reference to a more-derived type but only use functions declared in a base type.
16221 ### <a name="Rt-specialize-function"></a>T.144: Don't specialize function templates
16223 ##### Reason
16225 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.
16227 ##### Example
16229     ???
16231 **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).
16233 ##### Enforcement
16235 * Flag all specializations of a function template. Overload instead.
16238 ### <a name="Rt-check-class"></a>T.150: Check that a class matches a concept using `static_assert`
16240 ##### Reason
16242 If you intend for a class to match a concept, verifying that early saves users pain.
16244 ###### Example
16246     class X {
16247         X() = delete;
16248         X(const X&) = default;
16249         X(X&&) = default;
16250         X& operator=(const X&) = default;
16251         // ...
16252     };
16254 Somewhere, possibly in an implementation file, let the compiler check the desired properties of `X`:
16256     static_assert(Default_constructible<X>);    // error: X has no default constructor
16257     static_assert(Copyable<X>);                 // error: we forgot to define X's move constructor
16260 ###### Enforcement
16262 Not feasible.
16264 # <a name="S-cpl"></a>CPL: C-style programming
16266 C and C++ are closely related languages.
16267 They both originate in "Classic C" from 1978 and have evolved in ISO committees since then.
16268 Many attempts have been made to keep them compatible, but neither is a subset of the other.
16270 C rule summary:
16272 * [CPL.1: Prefer C++ to C](#Rcpl-C)
16273 * [CPL.2: If you must use C, use the common subset of C and C++, and compile the C code as C++](#Rcpl-subset)
16274 * [CPL.3: If you must use C for interfaces, use C++ in the code using such interfaces](#Rcpl-interface)
16276 ### <a name="Rcpl-C"></a>CPL.1: Prefer C++ to C
16278 ##### Reason
16280 C++ provides better type checking and more notational support.
16281 It provides better support for high-level programming and often generates faster code.
16283 ##### Example
16285     char ch = 7;
16286     void* pv = &ch;
16287     int* pi = pv;   // not C++
16288     *pi = 999;      // overwrite sizeof(int) bytes near &ch
16290 The rules for implicit casting to and from `void*` in C are subtle and unenforced.
16291 In particular, this example violates a rule against converting to a type with stricter alignment.
16293 ##### Enforcement
16295 Use a C++ compiler.
16297 ### <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++
16299 ##### Reason
16301 That subset can be compiled with both C and C++ compilers, and when compiled as C++ is better type checked than "pure C."
16303 ##### Example
16305     int* p1 = malloc(10 * sizeof(int));                      // not C++
16306     int* p2 = static_cast<int*>(malloc(10 * sizeof(int)));   // not C, C-style C++
16307     int* p3 = new int[10];                                   // not C
16308     int* p4 = (int*) malloc(10 * sizeof(int));               // both C and C++
16310 ##### Enforcement
16312 * Flag if using a build mode that compiles code as C.
16314   * The C++ compiler will enforce that the code is valid C++ unless you use C extension options.
16316 ### <a name="Rcpl-interface"></a>CPL.3: If you must use C for interfaces, use C++ in the calling code using such interfaces
16318 ##### Reason
16320 C++ is more expressive than C and offers better support for many types of programming.
16322 ##### Example
16324 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.
16325 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.
16327 ##### Example
16329 You can call C from C++:
16331     // in C:
16332     double sqrt(double);
16334     // in C++:
16335     extern "C" double sqrt(double);
16337     sqrt(2);
16339 ##### Example
16341 You can call C++ from C:
16343     // in C:
16344     X call_f(struct Y*, int);
16346     // in C++:
16347     extern "C" X call_f(Y* p, int i)
16348     {
16349         return p->f(i);   // possibly a virtual function call
16350     }
16352 ##### Enforcement
16354 None needed
16356 # <a name="S-source"></a>SF: Source files
16358 Distinguish between declarations (used as interfaces) and definitions (used as implementations).
16359 Use header files to represent interfaces and to emphasize logical structure.
16361 Source file rule summary:
16363 * [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)
16364 * [SF.2: A `.h` file may not contain object definitions or non-inline function definitions](#Rs-inline)
16365 * [SF.3: Use `.h` files for all declarations used in multiple source files](#Rs-declaration-header)
16366 * [SF.4: Include `.h` files before other declarations in a file](#Rs-include-order)
16367 * [SF.5: A `.cpp` file must include the `.h` file(s) that defines its interface](#Rs-consistency)
16368 * [SF.6: Use `using namespace` directives for transition, for foundation libraries (such as `std`), or within a local scope](#Rs-using)
16369 * [SF.7: Don't write `using namespace` in a header file](#Rs-using-directive)
16370 * [SF.8: Use `#include` guards for all `.h` files](#Rs-guards)
16371 * [SF.9: Avoid cyclic dependencies among source files](#Rs-cycles)
16373 * [SF.20: Use `namespace`s to express logical structure](#Rs-namespace)
16374 * [SF.21: Don't use an unnamed (anonymous) namespace in a header](#Rs-unnamed)
16375 * [SF.22: Use an unnamed (anonymous) namespace for all internal/nonexported entities](#Rs-unnamed2)
16377 ### <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
16379 ##### Reason
16381 It's a longstanding convention.
16382 But consistency is more important, so if your project uses something else, follow that.
16384 ##### Note
16386 This convention reflects a common use pattern:
16387 Headers are more often shared with C to compile as both C++ and C, which typically uses `.h`,
16388 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.
16389 On the other hand, implementation files are rarely shared with C and so should typically be distinguished from `.c` files,
16390 so it's normally best to name all C++ implementation files something else (such as `.cpp`).
16392 The specific names `.h` and `.cpp` are not required (just recommended as a default) and other names are in widespread use.
16393 Examples are `.hh`, `.C`, and `.cxx`. Use such names equivalently.
16394 In this document, we refer to `.h` and `.cpp` as a shorthand for header and implementation files,
16395 even though the actual extension may be different.
16397 Your IDE (if you use one) may have strong opinions about suffices.
16399 ##### Example
16401     // foo.h:
16402     extern int a;   // a declaration
16403     extern void foo();
16405     // foo.cpp:
16406     int a;   // a definition
16407     void foo() { ++a; }
16409 `foo.h` provides the interface to `foo.cpp`. Global variables are best avoided.
16411 ##### Example, bad
16413     // foo.h:
16414     int a;   // a definition
16415     void foo() { ++a; }
16417 `#include<foo.h>` twice in a program and you get a linker error for two one-definition-rule violations.
16419 ##### Enforcement
16421 * Flag non-conventional file names.
16422 * Check that `.h` and `.cpp` (and equivalents) follow the rules below.
16424 ### <a name="Rs-inline"></a>SF.2: A `.h` file may not contain object definitions or non-inline function definitions
16426 ##### Reason
16428 Including entities subject to the one-definition rule leads to linkage errors.
16430 ##### Example
16432     // file.h:
16433     namespace Foo {
16434         int x = 7;
16435         int xx() { return x+x; }
16436     }
16438     // file1.cpp:
16439     #include<file.h>
16440     // ... more ...
16442      // file2.cpp:
16443     #include<file.h>
16444     // ... more ...
16446 Linking `file1.cpp` and `file2.cpp` will give two linker errors.
16448 **Alternative formulation**: A `.h` file must contain only:
16450 * `#include`s of other `.h` files (possibly with include guards)
16451 * templates
16452 * class definitions
16453 * function declarations
16454 * `extern` declarations
16455 * `inline` function definitions
16456 * `constexpr` definitions
16457 * `const` definitions
16458 * `using` alias definitions
16459 * ???
16461 ##### Enforcement
16463 Check the positive list above.
16465 ### <a name="Rs-declaration-header"></a>SF.3: Use `.h` files for all declarations used in multiple source files
16467 ##### Reason
16469 Maintainability. Readability.
16471 ##### Example, bad
16473     // bar.cpp:
16474     void bar() { cout << "bar\n"; }
16476     // foo.cpp:
16477     extern void bar();
16478     void foo() { bar(); }
16480 A maintainer of `bar` cannot find all declarations of `bar` if its type needs changing.
16481 The user of `bar` cannot know if the interface used is complete and correct. At best, error messages come (late) from the linker.
16483 ##### Enforcement
16485 * Flag declarations of entities in other source files not placed in a `.h`.
16487 ### <a name="Rs-include-order"></a>SF.4: Include `.h` files before other declarations in a file
16489 ##### Reason
16491 Minimize context dependencies and increase readability.
16493 ##### Example
16495     #include<vector>
16496     #include<algorithm>
16497     #include<string>
16499     // ... my code here ...
16501 ##### Example, bad
16503     #include<vector>
16505     // ... my code here ...
16507     #include<algorithm>
16508     #include<string>
16510 ##### Note
16512 This applies to both `.h` and `.cpp` files.
16514 ##### Note
16516 There is an argument for insulating code from declarations and macros in header files by `#including` headers *after* the code we want to protect
16517 (as in the example labeled "bad").
16518 However
16520 * that only works for one file (at one level): Use that technique in a header included with other headers and the vulnerability reappears.
16521 * a namespace (an "implementation namespace") can protect against many context dependencies.
16522 * full protection and flexibility require [modules](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4592.pdf).
16523 [See also](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0141r0.pdf).
16526 ##### Enforcement
16528 Easy.
16530 ### <a name="Rs-consistency"></a>SF.5: A `.cpp` file must include the `.h` file(s) that defines its interface
16532 ##### Reason
16534 This enables the compiler to do an early consistency check.
16536 ##### Example, bad
16538     // foo.h:
16539     void foo(int);
16540     int bar(long);
16541     int foobar(int);
16543     // foo.cpp:
16544     void foo(int) { /* ... */ }
16545     int bar(double) { /* ... */ }
16546     double foobar(int);
16548 The errors will not be caught until link time for a program calling `bar` or `foobar`.
16550 ##### Example
16552     // foo.h:
16553     void foo(int);
16554     int bar(long);
16555     int foobar(int);
16557     // foo.cpp:
16558     #include<foo.h>
16560     void foo(int) { /* ... */ }
16561     int bar(double) { /* ... */ }
16562     double foobar(int);   // error: wrong return type
16564 The return-type error for `foobar` is now caught immediately when `foo.cpp` is compiled.
16565 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.
16567 ##### Enforcement
16571 ### <a name="Rs-using"></a>SF.6: Use `using namespace` directives for transition, for foundation libraries (such as `std`), or within a local scope
16573 ##### Reason
16575  ???
16577 ##### Example
16579     ???
16581 ##### Enforcement
16585 ### <a name="Rs-using-directive"></a>SF.7: Don't write `using namespace` in a header file
16587 ##### Reason
16589 Doing so takes away an `#include`r's ability to effectively disambiguate and to use alternatives.
16591 ##### Example
16593     // bad.h
16594     #include <iostream>
16595     using namespace std; // bad
16597     // user.cpp
16598     #include "bad.h"
16599     
16600     bool copy(/*... some parameters ...*/);    // some function that happens to be named copy
16602     int main() {
16603         copy(/*...*/);    // now overloads local ::copy and std::copy, could be ambiguous
16604     }
16606 ##### Enforcement
16608 Flag `using namespace` at global scope in a header file.
16610 ### <a name="Rs-guards"></a>SF.8: Use `#include` guards for all `.h` files
16612 ##### Reason
16614 To avoid files being `#include`d several times.
16616 ##### Example
16618     // file foobar.h:
16619     #ifndef FOOBAR_H
16620     #define FOOBAR_H
16621     // ... declarations ...
16622     #endif // FOOBAR_H
16624 ##### Enforcement
16626 Flag `.h` files without `#include` guards.
16628 ### <a name="Rs-cycles"></a>SF.9: Avoid cyclic dependencies among source files
16630 ##### Reason
16632 Cycles complicates comprehension and slows down compilation.
16633 Complicates conversion to use language-supported modules (when they become available).
16635 ##### Note
16637 Eliminate cycles; don't just break them with `#include` guards.
16639 ##### Example, bad
16641     // file1.h:
16642     #include "file2.h"
16644     // file2.h:
16645     #include "file3.h"
16647     // file3.h:
16648     #include "file1.h"
16650 ##### Enforcement
16652 Flag all cycles.
16654 ### <a name="Rs-namespace"></a>SF.20: Use `namespace`s to express logical structure
16656 ##### Reason
16658  ???
16660 ##### Example
16662     ???
16664 ##### Enforcement
16668 ### <a name="Rs-unnamed"></a>SF.21: Don't use an unnamed (anonymous) namespace in a header
16670 ##### Reason
16672 It is almost always a bug to mention an unnamed namespace in a header file.
16674 ##### Example
16676     ???
16678 ##### Enforcement
16680 * Flag any use of an anonymous namespace in a header file.
16682 ### <a name="Rs-unnamed2"></a>SF.22: Use an unnamed (anonymous) namespace for all internal/nonexported entities
16684 ##### Reason
16686 Nothing external can depend on an entity in a nested unnamed namespace.
16687 Consider putting every definition in an implementation source file in an unnamed namespace unless that is defining an "external/exported" entity.
16689 ##### Example
16691 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.
16693     ???
16695 ##### Enforcement
16697 * ???
16699 # <a name="S-stdlib"></a>SL: The Standard Library
16701 Using only the bare language, every task is tedious (in any language).
16702 Using a suitable library any task can be reasonably simple.
16704 The standard library has steadily grown over the years.
16705 Its description in the standard is now larger than that of the language features.
16706 So, it is likely that this library section of the guidelines will eventually grow in size to equal or exceed all the rest.
16708 << ??? We need another level of rule numbering ??? >>
16710 C++ Standard library component summary:
16712 * [SL.con: Containers](#SS-con)
16713 * [SL.str: String](#SS-string)
16714 * [SL.io: Iostream](#SS-io)
16715 * [SL.regex: Regex](#SS-regex)
16716 * [SL.chrono: Time](#SS-chrono)
16717 * [SL.C: The C standard library](#SS-clib)
16719 Standard-library rule summary:
16721 * [SL.1: Use libraries wherever possible](#Rsl-lib)
16722 * [SL.2: Prefer the standard library to other libraries](#Rsl-sl)
16723 * ???
16725 ### <a name="Rsl-lib"></a>SL.1:  Use libraries wherever possible
16727 ##### Reason
16729 Save time. Don't re-invent the wheel.
16730 Don't replicate the work of others.
16731 Benefit from other people's work when they make improvements.
16732 Help other people when you make improvements.
16734 ### <a name="Rsl-sl"></a>SL.2: Prefer the standard library to other libraries
16736 ##### Reason
16738 More people know the standard library.
16739 It is more likely to be stable, well-maintained, and widely available than your own code or most other libraries.
16741 ## <a name="SS-con"></a>SL.con: Containers
16745 Container rule summary:
16747 * [SL.con.1: Prefer using STL `array` or `vector` instead of a C array](#Rsl-arrays)
16748 * [SL.con.2: Prefer using STL `vector` by default unless you have a reason to use a different container](#Rsl-vector)
16749 *  ???
16751 ### <a name="Rsl-arrays"></a>SL.con.1: Prefer using STL `array` or `vector` instead of a C array
16753 ##### Reason
16755 C arrays are less safe, and have no advantages over `array` and `vector`.
16756 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.
16757 Also, like a built-in array, a stack-allocated `std::array` keeps its elements on the stack.
16758 For a variable-length array, use `std::vector`, which additionally can change its size and handles memory allocation.
16760 ##### Example
16762     int v[SIZE];                        // BAD
16764     std::array<int, SIZE> w;             // ok
16766 ##### Example
16768     int* v = new int[initial_size];     // BAD, owning raw pointer
16769     delete[] v;                         // BAD, manual delete
16771     std::vector<int> w(initial_size);   // ok
16773 ##### Enforcement
16775 * 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`.
16777 ### <a name="Rsl-vector"></a>SL.con.2: Prefer using STL `vector` by default unless you have a reason to use a different container
16779 ##### Reason
16781 `vector` and `array` are the only standard containers that offer the fastest general-purpose access (random access, including being vectorization-friendly), the fastest default access pattern (begin-to-end or end-to-begin is prefetcher-friendly), and the lowest space overhead (contiguous layout has zero per-element overhead, which is cache-friendly).
16782 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`.
16784 Even when other containers seem more suited, such a `map` for O(log N) lookup performance or a `list` for efficient insertion in the middle, a `vector` will usually still perform better for containers up to a few KB in size.
16786 ##### Note
16788 `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.
16790 ##### Exceptions
16792 If you have a good reason to use another container, use that instead. For example:
16794 * If `vector` suits your needs but you don't need the container to be variable size, use `array` instead.
16796 * 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.
16798 ##### Enforcement
16800 * 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.
16802 ## <a name="SS-string"></a>SL.str: String
16806 ## <a name="SS-io"></a>SL.io: Iostream
16810 Iostream rule summary:
16812 * [SL.io.1: Use character-level input only when you have to](#Rio-low)
16813 * [SL.io.2: When reading, always consider ill-formed input](#Rio-validate)
16814 * [???](#???)
16815 * [SL.io.50: Avoid `endl`](#Rio-endl)
16816 * [???](#???)
16818 ### <a name="Rio-low"></a>SL.io.1: Use character-level input only when you have to
16822 ### <a name="Rio-validate"></a>SL.io.2: When reading, always consider ill-formed input
16826 ### <a name="Rio-endl"></a>SL.io.50: Avoid `endl`
16828 ### Reason
16830 The `endl` manipulator is mostly equivalent to `'\n'` and `"\n"`;
16831 as most commonly used it simply slows down output by doing redundant `flush()`s.
16832 This slowdown can be significant compared to `printf`-style output.
16834 ##### Example
16836     cout << "Hello, World!" << endl;    // two output operations and a flush
16837     cout << "Hello, World!\n";          // one output operation and no flush
16839 ##### Note
16841 For `cin`/`cout` (and equivalent) interaction, there is no reason to flush; that's done automatically.
16842 For writing to a file, there is rarely a need to `flush`.
16844 ##### Note
16846 Apart from the (occasionally important) issue of performance,
16847 the choice between `'\n'` and `endl` is almost completely aesthetic.
16849 ## <a name="SS-regex"></a>SL.regex: Regex
16853 ## <a name="SS-chrono"></a>SL.chrono: Time
16857 ## <a name="SS-clib"></a>SL.C: The C standard library
16861 C standard library rule summary:
16863 * [???](#???)
16864 * [???](#???)
16865 * [???](#???)
16868 # <a name="S-A"></a>A: Architectural Ideas
16870 This section contains ideas about higher-level architectural ideas and libraries.
16872 Architectural rule summary:
16874 * [A.1 Separate stable from less stable part of code](#Ra-stable)
16875 * [A.2 Express potentially reusable parts as a library](#Ra-lib)
16876 * [A.4 There should be no cycles among libraries](#?Ra-dag)
16877 * [???](#???)
16878 * [???](#???)
16879 * [???](#???)
16880 * [???](#???)
16881 * [???](#???)
16882 * [???](#???)
16884 ### <a name="Ra-stable"></a>A.1 Separate stable from less stable part of code
16888 ### <a name="Ra-lib"></a>A.2 Express potentially reusable parts as a library
16890 ##### Reason
16892 ##### Note
16894 A library is a collection of declarations and definitions maintained, documented, and shipped together.
16895 A library could be a set of headers (a "header only library") or a set of headers plus a set of object files.
16896 A library can be statically or dynamically linked into a program, or it may be `#included`
16899 ### <a name="Ra-dag"></a>A.4 There should be no cycles among libraries
16901 ##### Reason
16903 * A cycle implies complication of the build process.
16904 * Cycles are hard to understand and may introduce indeterminism (unspecified behavior).
16906 ##### Note
16908 A library can contain cyclic references in the definition of its components.
16909 For example:
16911     ???
16913 However, a library should not depend on another that depends on it.
16916 # <a name="S-not"></a>NR: Non-Rules and myths
16918 This section contains rules and guidelines that are popular somewhere, but that we deliberately don't recommend.
16919 We know full well that there have been times and places where these rules made sense, and we have used them ourselves at times.
16920 However, in the context of the styles of programming we recommend and support with the guidelines, these "non-rules" would do harm.
16922 Even today, there can be contexts where the rules make sense.
16923 For example, lack of suitable tool support can make exceptions unsuitable in hard-real-time systems,
16924 but please don't blindly trust "common wisdom" (e.g., unsupported statements about "efficiency");
16925 such "wisdom" may be based on decades-old information or experienced from languages with very different properties than C++
16926 (e.g., C or Java).
16928 The positive arguments for alternatives to these non-rules are listed in the rules offered as "Alternatives".
16930 Non-rule summary:
16932 * [NR.1: Don't: All declarations should be at the top of a function](#Rnr-top)
16933 * [NR.2: Don't: Have only a single `return`-statement in a function](#Rnr-single-return)
16934 * [NR.3: Don't: Don't use exceptions](#Rnr-no-exceptions)
16935 * [NR.4: Don't: Place each class declaration in its own source file](#Rnr-lots-of-files)
16936 * [NR.5: Don't: Don't do substantive work in a constructor; instead use two-phase initialization](#Rnr-two-phase-init)
16937 * [NR.6: Don't: Place all cleanup actions at the end of a function and `goto exit`](#Rnr-goto-exit)
16938 * [NR.7: Don't: Make all data members `protected`](#Rnr-protected-data)
16939 * ???
16941 ### <a name="Rnr-top"></a>NR.1: Don't: All declarations should be at the top of a function
16943 ##### Reason (not to follow this rule)
16945 This rule is a legacy of old programming languages that didn't allow initialization of variables and constants after a statement.
16946 This leads to longer programs and more errors caused by uninitialized and wrongly initialized variables.
16948 ##### Example, bad
16950     ???
16952 The larger the distance between the uninitialized variable and its use, the larger the chance of a bug.
16953 Fortunately, compilers catch many "used before set" errors.
16956 ##### Alternative
16958 * [Always initialize an object](#Res-always)
16959 * [ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it](#Res-introduce)
16961 ### <a name="Rnr-single-return"></a>NR.2: Don't: Have only a single `return`-statement in a function
16963 ##### Reason (not to follow this rule)
16965 The single-return rule can lead to unnecessarily convoluted code and the introduction of extra state variables.
16966 In particular, the single-return rule makes it harder to concentrate error checking at the top of a function.
16968 ##### Example
16970     template<class T>
16971     //  requires Number<T>
16972     string sign(T x)
16973     {
16974         if (x < 0)
16975             return "negative";
16976         else if (x > 0)
16977             return "positive";
16978         return "zero";
16979     }
16981 to use a single return only we would have to do something like
16983     template<class T>
16984     //  requires Number<T>
16985     string sign(T x)        // bad
16986     {
16987         string res;
16988         if (x < 0)
16989             res = "negative";
16990         else if (x > 0)
16991             res = "positive";
16992         else
16993             res = "zero";
16994         return res;
16995     }
16997 This is both longer and likely to be less efficient.
16998 The larger and more complicated the function is, the more painful the workarounds get.
16999 Of course many simple functions will naturally have just one `return` because of their simpler inherent logic.
17001 ##### Example
17003     int index(const char* p)
17004     {
17005         if (p == nullptr) return -1;  // error indicator: alternatively "throw nullptr_error{}"
17006         // ... do a lookup to find the index for p
17007         return i;
17008     }
17010 If we applied the rule, we'd get something like
17012     int index2(const char* p)
17013     {
17014         int i;
17015         if (p == nullptr)
17016             i = -1;  // error indicator
17017         else {
17018             // ... do a lookup to find the index for p
17019         }
17020         return i;
17021     }
17023 Note that we (deliberately) violated the rule against uninitialized variables because this style commonly leads to that.
17024 Also, this style is a temptation to use the [goto exit](#Rnr-goto-exit) non-rule.
17026 ##### Alternative
17028 * Keep functions short and simple
17029 * Feel free to use multiple `return` statements (and to throw exceptions).
17031 ### <a name="Rnr-no-exceptions"></a>NR.3: Don't: Don't use exceptions
17033 ##### Reason (not to follow this rule)
17035 There seem to be three main reasons given for this non-rule:
17037 * exceptions are inefficient
17038 * exceptions lead to leaks and errors
17039 * exception performance is not predictable
17041 There is no way we can settle this issue to the satisfaction of everybody.
17042 After all, the discussions about exceptions have been going on for 40+ years.
17043 Some languages cannot be used without exceptions, but others do not support them.
17044 This leads to strong traditions for the use and non-use of exceptions, and to heated debates.
17046 However, we can briefly outline why we consider exceptions the best alternative for general-purpose programming
17047 and in the context of these guidelines.
17048 Simple arguments for and against are often inconclusive.
17049 There are specialized applications where exceptions indeed can be inappropriate
17050 (e.g., hard-real time systems without support for reliable estimates of the cost of handling an exception).
17052 Consider the major objections to exceptions in turn
17054 * Exceptions are inefficient:
17055 Compared to what?
17056 When comparing make sure that the same set of errors are handled and that they are handled equivalently.
17057 In particular, do not compare a program that immediately terminate on seeing an error with a program
17058 that carefully cleans up resources before logging an error.
17059 Yes, some systems have poor exception handling implementations; sometimes, such implementations force us to use
17060 other error-handling approaches, but that's not a fundamental problem with exceptions.
17061 When using an efficiency argument - in any context - be careful that you have good data that actually provides
17062 insight into the problem under discussion.
17063 * Exceptions lead to leaks and errors.
17064 They do not.
17065 If your program is a rat's nest of pointers without an overall strategy for resource management,
17066 you have a problem whatever you do.
17067 If your system consists of a million lines of such code,
17068 you probably will not be able to use exceptions,
17069 but that's a problem with excessive and undisciplined pointer use, rather than with exceptions.
17070 In our opinion, you need RAII to make exception-based error handling simple and safe -- simpler and safer than alternatives.
17071 * Exception performance is not predictable
17072 If you are in a hard-real-time system where you must guarantee completion of a task in a given time,
17073 you need tools to back up such guarantees.
17074 As far as we know such tools are not available (at least not to most programmers).
17076 Many, possibly most, problems with exceptions stem from historical needs to interact with messy old code.
17078 The fundamental arguments for the use of exceptions are
17080 * They clearly separates error return from ordinary return
17081 * They cannot be forgotten or ignored
17082 * They can be used systematically
17084 Remember
17086 * Exceptions are for reporting errors (in C++; other languages can have different uses for exceptions).
17087 * Exceptions are not for errors that can be handled locally.
17088 * Don't try to catch every exception in every function (that's tedious, clumsy, and leads to slow code).
17089 * Exceptions are not for errors that require instant termination of a module/system after a non-recoverable error.
17091 ##### Example
17093     ???
17095 ##### Alternative
17097 * [RAII](#Re-raii)
17098 * Contracts/assertions: Use GSL's `Expects` and `Ensures` (until we get language support for contracts)
17100 ### <a name="Rnr-lots-of-files"></a>NR.4: Don't: Place each class declaration in its own source file
17102 ##### Reason (not to follow this rule)
17104 The resulting number of files are hard to manage and can slow down compilation.
17105 Individual classes are rarely a good logical unit of maintenance and distribution.
17107 ##### Example
17109     ???
17111 ##### Alternative
17113 * Use namespaces containing logically cohesive sets of classes and functions.
17115 ### <a name="Rnr-two-phase-init"></a>NR.5: Don't: Don't do substantive work in a constructor; instead use two-phase initialization
17117 ##### Reason (not to follow this rule)
17119 Following this rule leads to weaker invariants,
17120 more complicated code (having to deal with semi-constructed objects),
17121 and errors (when we didn't deal correctly with semi-constructed objects consistently).
17123 ##### Example
17125     ???
17127 ##### Alternative
17129 * Always establish a class invariant in a constructor.
17130 * Don't define an object before it is needed.
17132 ### <a name="Rnr-goto-exit"></a>NR.6: Don't: Place all cleanup actions at the end of a function and `goto exit`
17134 ##### Reason (not to follow this rule)
17136 `goto` is error-prone.
17137 This technique is a pre-exception technique for RAII-like resource and error handling.
17139 ##### Example, bad
17141     void do_something(int n)
17142     {
17143         if (n < 100) goto exit;
17144         // ...
17145         int* p = (int*) malloc(n);
17146         // ...
17147         if (some_ error) goto_exit;
17148         // ...
17149     exit:
17150         free(p);
17151     }
17153 and spot the bug.
17155 ##### Alternative
17157 * Use exceptions and [RAII](#Re-raii)
17158 * for non-RAII resources, use [`finally`](#Re-finally).
17160 ### <a name="Rnr-protected-data"></a>NR.7: Don't: Make all data members `protected`
17162 ##### Reason (not to follow this rule)
17164 `protected` data is a source of errors.
17165 `protected` data can be manipulated from an unbounded amount of code in various places.
17166 `protected` data is the class hierarchy equivalent to global data.
17168 ##### Example
17170     ???
17172 ##### Alternative
17174 * [Make member data `public` or (preferably) `private`](#Rh-protected)
17177 # <a name="S-references"></a>RF: References
17179 Many coding standards, rules, and guidelines have been written for C++, and especially for specialized uses of C++.
17180 Many
17182 * focus on lower-level issues, such as the spelling of identifiers
17183 * are written by C++ novices
17184 * see "stopping programmers from doing unusual things" as their primary aim
17185 * aim at portability across many compilers (some 10 years old)
17186 * are written to preserve decades old code bases
17187 * aim at a single application domain
17188 * are downright counterproductive
17189 * are ignored (must be ignored by programmers to get their work done well)
17191 A bad coding standard is worse than no coding standard.
17192 However an appropriate set of guidelines are much better than no standards: "Form is liberating."
17194 Why can't we just have a language that allows all we want and disallows all we don't want ("a perfect language")?
17195 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.
17196 Also, your needs change over time and a general-purpose language is needed to allow you to adapt.
17197 A language that is ideal for today would be overly restrictive tomorrow.
17199 Coding guidelines adapt the use of a language to specific needs.
17200 Thus, there cannot be a single coding style for everybody.
17201 We expect different organizations to provide additions, typically with more restrictions and firmer style rules.
17203 Reference sections:
17205 * [RF.rules: Coding rules](#SS-rules)
17206 * [RF.books: Books with coding guidelines](#SS-books)
17207 * [RF.C++: C++ Programming (C++11/C++14)](#SS-Cplusplus)
17208 * [RF.web: Websites](#SS-web)
17209 * [RS.video: Videos about "modern C++"](#SS-vid)
17210 * [RF.man: Manuals](#SS-man)
17212 ## <a name="SS-rules"></a>RF.rules: Coding rules
17214 * [Boost Library Requirements and Guidelines](http://www.boost.org/development/requirements.html).
17215   ???.
17216 * [Bloomberg: BDE C++ Coding](https://github.com/bloomberg/bde/wiki/CodingStandards.pdf).
17217   Has a strong emphasis on code organization and layout.
17218 * Facebook: ???
17219 * [GCC Coding Conventions](https://gcc.gnu.org/codingconventions.html).
17220   C++03 and (reasonably) a bit backwards looking.
17221 * [Google C++ Style Guide](https://google.github.io/styleguide/cppguide.html).
17222   Geared toward C++03 and (also) older code bases. Google experts are now actively collaborating here on helping to improve these Guidelines, and hopefully to merge efforts so these can be a modern common set they could also recommend.
17223 * [JSF++: JOINT STRIKE FIGHTER AIR VEHICLE C++ CODING STANDARDS](http://www.stroustrup.com/JSF-AV-rules.pdf).
17224   Document Number 2RDU00001 Rev C. December 2005.
17225   For flight control software.
17226   For hard real time.
17227   This means that it is necessarily very restrictive ("if the program fails somebody dies").
17228   For example, no free store allocation or deallocation may occur after the plane takes off (no memory overflow and no fragmentation allowed).
17229   No exception may be used (because there was no available tool for guaranteeing that an exception would be handled within a fixed short time).
17230   Libraries used have to have been approved for mission critical applications.
17231   Any similarities to this set of guidelines are unsurprising because Bjarne Stroustrup was an author of JSF++.
17232   Recommended, but note its very specific focus.
17233 * [Mozilla Portability Guide](https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Mozilla/C%2B%2B_Portability_Guide).
17234   As the name indicates, this aims for portability across many (old) compilers.
17235   As such, it is restrictive.
17236 * [Geosoft.no: C++ Programming Style Guidelines](http://geosoft.no/development/cppstyle.html).
17237   ???.
17238 * [Possibility.com: C++ Coding Standard](http://www.possibility.com/Cpp/CppCodingStandard.html).
17239   ???.
17240 * [SEI CERT: Secure C++ Coding Standard](https://www.securecoding.cert.org/confluence/pages/viewpage.action?pageId=637).
17241   A very nicely done set of rules (with examples and rationales) done for security-sensitive code.
17242   Many of their rules apply generally.
17243 * [High Integrity C++ Coding Standard](http://www.codingstandard.com/).
17244 * [llvm](http://llvm.org/docs/CodingStandards.html).
17245   Somewhat brief, pre-C++11, and (not unreasonably) adjusted to its domain.
17246 * ???
17248 ## <a name="SS-books"></a>RF.books: Books with coding guidelines
17250 * [Meyers96](#Meyers96) Scott Meyers: *More Effective C++*. Addison-Wesley 1996.
17251 * [Meyers97](#Meyers97) Scott Meyers: *Effective C++, Second Edition*. Addison-Wesley 1997.
17252 * [Meyers01](#Meyers01) Scott Meyers: *Effective STL*. Addison-Wesley 2001.
17253 * [Meyers05](#Meyers05) Scott Meyers: *Effective C++, Third Edition*. Addison-Wesley 2005.
17254 * [Meyers15](#Meyers15) Scott Meyers: *Effective Modern C++*. O'Reilly 2015.
17255 * [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.
17256 * [Stroustrup05](#Stroustrup05) Bjarne Stroustrup: [A rationale for semantically enhanced library languages](http://www.stroustrup.com/SELLrationale.pdf).
17257   LCSD05. October 2005.
17258 * [Stroustrup14](#Stroustrup05) Stroustrup: [A Tour of C++](http://www.stroustrup.com/Tour.html).
17259   Addison Wesley 2014.
17260   Each chapter ends with an advice section consisting of a set of recommendations.
17261 * [Stroustrup13](#Stroustrup13) Stroustrup: [The C++ Programming Language (4th Edition)](http://www.stroustrup.com/4th.html).
17262   Addison Wesley 2013.
17263   Each chapter ends with an advice section consisting of a set of recommendations.
17264 * Stroustrup: [Style Guide](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf)
17265   for [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html).
17266   Mostly low-level naming and layout rules.
17267   Primarily a teaching tool.
17269 ## <a name="SS-Cplusplus"></a>RF.C++: C++ Programming (C++11/C++14)
17271 * [TC++PL4](http://www.stroustrup.com/4th.html):
17272 A thorough description of the C++ language and standard libraries for experienced programmers.
17273 * [Tour++](http://www.stroustrup.com/Tour.html):
17274 An overview of the C++ language and standard libraries for experienced programmers.
17275 * [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html):
17276 A textbook for beginners and relative novices.
17278 ## <a name="SS-web"></a>RF.web: Websites
17280 * [isocpp.org](https://isocpp.org)
17281 * [Bjarne Stroustrup's home pages](http://www.stroustrup.com)
17282 * [WG21](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/)
17283 * [Boost](http://www.boost.org)<a name="Boost"></a>
17284 * [Adobe open source](http://www.adobe.com/open-source.html)
17285 * [Poco libraries](http://pocoproject.org/)
17286 * Sutter's Mill?
17287 * ???
17289 ## <a name="SS-vid"></a>RS.video: Videos about "modern C++"
17291 * Bjarne Stroustrup: [C++11 Style](http://channel9.msdn.com/Events/GoingNative/GoingNative-2012/Keynote-Bjarne-Stroustrup-Cpp11-Style). 2012.
17292 * 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
17293 * All the talks from [CppCon '14](https://isocpp.org/blog/2014/11/cppcon-videos-c9)
17294 * Bjarne Stroustrup: [The essence of C++](https://www.youtube.com/watch?v=86xWVb4XIyE) at the University of Edinburgh. 2014.
17295 * Sutter: ???
17296 * CppCon 15
17297 * ??? C++ Next
17298 * ??? Meting C++
17299 * ??? more ???
17301 ## <a name="SS-man"></a>RF.man: Manuals
17303 * ISO C++ Standard C++11.
17304 * ISO C++ Standard C++14.
17305 * [ISO C++ Standard C++17 CD](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4606.pdf). Committee Draft.
17306 * [Palo Alto "Concepts" TR](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2012/n3351.pdf).
17307 * [ISO C++ Concepts TS](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
17308 * [WG21 Ranges report](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4569.pdf). Draft.
17310 ## <a name="SS-ack"></a>Acknowledgements
17312 Thanks to the many people who contributed rules, suggestions, supporting information, references, etc.:
17314 * Peter Juhl
17315 * Neil MacIntosh
17316 * Axel Naumann
17317 * Andrew Pardoe
17318 * Gabriel Dos Reis
17319 * Zhuang, Jiangang (Jeff)
17320 * Sergey Zubkov
17322 and see the contributor list on the github.
17324 # <a name="S-profile"></a>Pro: Profiles
17326 A "profile" is a set of deterministic and portably enforceable subset rules (i.e., restrictions) that are designed to achieve a specific guarantee. "Deterministic" means they require only local analysis and could be implemented in a compiler (though they don't need to be). "Portably enforceable" means they are like language rules, so programmers can count on enforcement tools giving the same answer for the same code.
17328 Code written to be warning-free using such a language profile is considered to conform to the profile. Conforming code is considered to be safe by construction with regard to the safety properties targeted by that profile. Conforming code will not be the root cause of errors for that property, although such errors may be introduced into a program by other code, libraries or the external environment. A profile may also introduce additional library types to ease conformance and encourage correct code.
17330 Profiles summary:
17332 * [Pro.type: Type safety](#SS-type)
17333 * [Pro.bounds: Bounds safety](#SS-bounds)
17334 * [Pro.lifetime: Lifetime safety](#SS-lifetime)
17336 In the future, we expect to define many more profiles and add more checks to existing profiles.
17337 Candidates include:
17339 * narrowing arithmetic promotions/conversions (likely part of a separate safe-arithmetic profile)
17340 * arithmetic cast from negative floating point to unsigned integral type (ditto)
17341 * selected undefined behavior: ??? start with Gaby's UB list
17342 * selected unspecified behavior: ??? a portability concern?
17343 * `const` violations
17345 To suppress enforcement of a profile check, place a `suppress` annotation on a language contract. For example:
17347     [[suppress(bounds)]] char* raw_find(char* p, int n, char x)    // find x in p[0]..p[n-1]
17348     {
17349         // ...
17350     }
17352 Now `raw_find()` can scramble memory to its heart's content.
17353 Obviously, suppression should be very rare.
17355 ## <a name="SS-type"></a>Pro.safety: Type safety profile
17357 This profile makes it easier to construct code that uses types correctly and avoids inadvertent type punning.
17358 It does so by focusing on removing the primary sources of type violations, including unsafe uses of casts and unions.
17360 For the purposes of this section,
17361 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.
17362 Memory accessed as a type `T` should not be valid memory that actually contains an object of an unrelated type `U`.
17363 Note that the safety is intended to be complete when combined also with [Bounds safety](#SS-bounds) and [Lifetime safety](#SS-lifetime).
17365 An implementation of this profile shall recognize the following patterns in source code as non-conforming and issue a diagnostic.
17367 Type safety profile summary:
17369 * [Type.1: Don't use `reinterpret_cast`](#Pro-type-reinterpretcast)
17370 * [Type.2: Don't use `static_cast` downcasts. Use `dynamic_cast` instead](#Pro-type-downcast)
17371 * [Type.3: Don't use `const_cast` to cast away `const` (i.e., at all)](#Pro-type-constcast)
17372 * [Type.4: Don't use C-style `(T)expression` casts that would perform a `static_cast` downcast, `const_cast`, or `reinterpret_cast`](#Pro-type-cstylecast)
17373 * [Type.4.1: Don't use `T(expression)` for casting](#Pro-fct-style-cast)
17374 * [Type.5: Don't use a variable before it has been initialized](#Pro-type-init)
17375 * [Type.6: Always initialize a member variable](#Pro-type-memberinit)
17376 * [Type.7: Avoid accessing members of raw unions. Prefer `variant` instead](#Pro-fct-style-cast)
17377 * [Type.8: Avoid reading from varargs or passing vararg arguments. Prefer variadic template parameters instead](#Pro-type-varargs)
17379 ### <a name="Pro-type-reinterpretcast"></a>Type.1: Don't use `reinterpret_cast`.
17381 ##### Reason
17383 Use of these casts can violate type safety and cause the program to access a variable that is actually of type `X` to be accessed as if it were of an unrelated type `Z`.
17385 ##### Example, bad
17387     std::string s = "hello world";
17388     double* p = reinterpret_cast<double*>(&s); // BAD
17390 ##### Enforcement
17392 Issue a diagnostic for any use of `reinterpret_cast`. To fix: Consider using a `variant` instead.
17394 ### <a name="Pro-type-downcast"></a>Type.2: Don't use `static_cast` downcasts. Use `dynamic_cast` instead.
17396 ##### Reason
17398 Use of these casts can violate type safety and cause the program to access a variable that is actually of type `X` to be accessed as if it were of an unrelated type `Z`.
17400 ##### Example, bad
17402     class Base { public: virtual ~Base() = 0; };
17404     class Derived1 : public Base { };
17406     class Derived2 : public Base {
17407         std::string s;
17408     public:
17409         std::string get_s() { return s; }
17410     };
17412     Derived1 d1;
17413     Base* p1 = &d1; // ok, implicit conversion to pointer to Base is fine
17415     // BAD, tries to treat d1 as a Derived2, which it is not
17416     Derived2* p2 = static_cast<Derived2*>(p1);
17417     // tries to access d1's nonexistent string member, instead sees arbitrary bytes near d1
17418     cout << p2->get_s();
17420 ##### Example, bad
17422     struct Foo { int a, b; };
17423     struct Foobar : Foo { int bar; };
17425     void use(int i, Foo& x)
17426     {
17427         if (0 < i) {
17428             Foobar& x1 = dynamic_cast<Foobar&>(x);  // error: Foo is not polymorphic
17429             Foobar& x2 = static_cast<Foobar&>(x);   // bad
17430             // ...
17431         }
17432         // ...
17433     }
17435     // ...
17437     use(99, *new Foo{1, 2});  // not a Foobar
17439 If a class hierarchy isn't polymorphic, avoid casting.
17440 It is entirely unsafe.
17441 Look for a better design.
17442 See also [C.146](#Rh-dynamic_cast).
17444 ##### Enforcement
17446 Issue a diagnostic for any use of `static_cast` to downcast, meaning to cast from a pointer or reference to `X` to a pointer or reference to a type that is not `X` or an accessible base of `X`. To fix: If this is a downcast or cross-cast then use a `dynamic_cast` instead, otherwise consider using a `variant` instead.
17448 ### <a name="Pro-type-constcast"></a>Type.3: Don't use `const_cast` to cast away `const` (i.e., at all).
17450 ##### Reason
17452 Casting away `const` is a lie. If the variable is actually declared `const`, it's a lie punishable by undefined behavior.
17454 ##### Example, bad
17456     void f(const int& i)
17457     {
17458         const_cast<int&>(i) = 42;   // BAD
17459     }
17461     static int i = 0;
17462     static const int j = 0;
17464     f(i); // silent side effect
17465     f(j); // undefined behavior
17467 ##### Example
17469 Sometimes you may be tempted to resort to `const_cast` to avoid code duplication, such as when two accessor functions that differ only in `const`-ness have similar implementations. For example:
17471     class Bar;
17473     class Foo {
17474     public:
17475         // BAD, duplicates logic
17476         Bar& get_bar() {
17477             /* complex logic around getting a non-const reference to my_bar */
17478         }
17480         const Bar& get_bar() const {
17481             /* same complex logic around getting a const reference to my_bar */
17482         }
17483     private:
17484         Bar my_bar;
17485     };
17487 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`:
17489     class Foo {
17490     public:
17491         // not great, non-const calls const version but resorts to const_cast
17492         Bar& get_bar() {
17493             return const_cast<Bar&>(static_cast<const Foo&>(*this).get_bar());
17494         }
17495         const Bar& get_bar() const {
17496             /* the complex logic around getting a const reference to my_bar */
17497         }
17498     private:
17499         Bar my_bar;
17500     };
17502 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.
17504 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:
17506     class Foo {
17507     public:                         // good
17508               Bar& get_bar()       { return get_bar_impl(*this); }
17509         const Bar& get_bar() const { return get_bar_impl(*this); }
17510     private:
17511         Bar my_bar;
17513         template<class T>           // good, deduces whether T is const or non-const
17514         static auto get_bar_impl(T& t) -> decltype(t.get_bar())
17515             { /* the complex logic around getting a possibly-const reference to my_bar */ }
17516     };
17518 ##### Exception
17520 You may need to cast away `const` when calling `const`-incorrect functions. Prefer to wrap such functions in inline `const`-correct wrappers to encapsulate the cast in one place.
17522 ##### Enforcement
17524 Issue a diagnostic for any use of `const_cast`. To fix: Either don't use the variable in a non-`const` way, or don't make it `const`.
17526 ### <a name="Pro-type-cstylecast"></a>Type.4: Don't use C-style `(T)expression` casts that would perform a `static_cast` downcast, `const_cast`, or `reinterpret_cast`.
17528 ##### Reason
17530 Use of these casts can violate type safety and cause the program to access a variable that is actually of type `X` to be accessed as if it were of an unrelated type `Z`.
17531 Note that a C-style `(T)expression` cast means to perform the first of the following that is possible: a `const_cast`, a `static_cast`, a `static_cast` followed by a `const_cast`, a `reinterpret_cast`, or a `reinterpret_cast` followed by a `const_cast`. This rule bans `(T)expression` only when used to perform an unsafe cast.
17533 ##### Example, bad
17535     std::string s = "hello world";
17536     double* p0 = (double*)(&s); // BAD
17538     class Base { public: virtual ~Base() = 0; };
17540     class Derived1 : public Base { };
17542     class Derived2 : public Base {
17543         std::string s;
17544     public:
17545         std::string get_s() { return s; }
17546     };
17548     Derived1 d1;
17549     Base* p1 = &d1; // ok, implicit conversion to pointer to Base is fine
17551     // BAD, tries to treat d1 as a Derived2, which it is not
17552     Derived2* p2 = (Derived2*)(p1);
17553     // tries to access d1's nonexistent string member, instead sees arbitrary bytes near d1
17554     cout << p2->get_s();
17556     void f(const int& i) {
17557         (int&)(i) = 42;   // BAD
17558     }
17560     static int i = 0;
17561     static const int j = 0;
17563     f(i); // silent side effect
17564     f(j); // undefined behavior
17566 ##### Enforcement
17568 Issue a diagnostic for any use of a C-style `(T)expression` cast that would invoke a `static_cast` downcast, `const_cast`, or `reinterpret_cast`. To fix: Use a `dynamic_cast`, `const`-correct declaration, or `variant`, respectively.
17570 ### <a name="Pro-fct-style-cast"></a>Type.4.1: Don't use `T(expression)` for casting.
17572 ##### Reason
17574 If `e` is of a built-in type, `T(e)` is equivalent to the error-prone `(T)e`.
17576 ##### Example, bad
17578     int* p = f(x);
17579     auto i = int(p);    // Potential damaging cast; don't or use `reinterpret_cast`
17581     short s = short(i); // potentially narrowing; don't or use `narrow` or `narrow_cast`
17583 ##### Note
17585 The {}-syntax makes the desire for construction explicit and doesn't allow narrowing
17587     f(Foo{bar});
17589 ##### Enforcement
17591 Flag `T(e)` if used for `e` of a built-in type.
17593 ### <a name="Pro-type-init"></a>Type.5: Don't use a variable before it has been initialized.
17595 [ES.20: Always initialize an object](#Res-always) is required.
17597 ### <a name="Pro-type-memberinit"></a>Type.6: Always initialize a member variable.
17599 ##### Reason
17601 Before a variable has been initialized, it does not contain a deterministic valid value of its type. It could contain any arbitrary bit pattern, which could be different on each call.
17603 ##### Example
17605     struct X { int i; };
17607     X x;
17608     use(x); // BAD, x has not been initialized
17610     X x2{}; // GOOD
17611     use(x2);
17613 ##### Enforcement
17615 * Issue a diagnostic for any constructor of a non-trivially-constructible type that does not initialize all member variables. To fix: Write a data member initializer, or mention it in the member initializer list.
17616 * Issue a diagnostic when constructing an object of a trivially constructible type without `()` or `{}` to initialize its members. To fix: Add `()` or `{}`.
17618 ### <a name="Pro-type-unions"></a>Type.7: Avoid accessing members of raw unions. Prefer `variant` instead.
17620 ##### Reason
17622 Reading from a union member assumes that member was the last one written, and writing to a union member assumes another member with a nontrivial destructor had its destructor called. This is fragile because it cannot generally be enforced to be safe in the language and so relies on programmer discipline to get it right.
17624 ##### Example
17626     union U { int i; double d; };
17628     U u;
17629     u.i = 42;
17630     use(u.d); // BAD, undefined
17632     variant<int, double> u;
17633     u = 42; // u now contains int
17634     use(u.get<int>()); // ok
17635     use(u.get<double>()); // throws ??? update this when standardization finalizes the variant design
17637 Note that just copying a union is not type-unsafe, so safe code can pass a union from one piece of unsafe code to another.
17639 ##### Enforcement
17641 * Issue a diagnostic for accessing a member of a union. To fix: Use a `variant` instead.
17643 ### <a name="Pro-type-varargs"></a>Type.8: Avoid reading from varargs or passing vararg arguments. Prefer variadic template parameters instead.
17645 ##### Reason
17647 Reading from a vararg assumes that the correct type was actually passed. Passing to varargs assumes the correct type will be read. This is fragile because it cannot generally be enforced to be safe in the language and so relies on programmer discipline to get it right.
17649 ##### Example
17651     int sum(...) {
17652         // ...
17653         while (/*...*/)
17654             result += va_arg(list, int); // BAD, assumes it will be passed ints
17655         // ...
17656     }
17658     sum(3, 2); // ok
17659     sum(3.14159, 2.71828); // BAD, undefined
17661     template<class ...Args>
17662     auto sum(Args... args) { // GOOD, and much more flexible
17663         return (... + args); // note: C++17 "fold expression"
17664     }
17666     sum(3, 2); // ok: 5
17667     sum(3.14159, 2.71828); // ok: ~5.85987
17669 Note: Declaring a `...` parameter is sometimes useful for techniques that don't involve actual argument passing, notably to declare "take-anything" functions so as to disable "everything else" in an overload set or express a catchall case in a template metaprogram.
17671 ##### Enforcement
17673 * Issue a diagnostic for using `va_list`, `va_start`, or `va_arg`. To fix: Use a variadic template parameter list instead.
17674 * Issue a diagnostic for passing an argument to a vararg parameter of a function that does not offer an overload for a more specific type in the position of the vararg. To fix: Use a different function, or `[[suppress(types)]]`.
17676 ## <a name="SS-bounds"></a>Pro.bounds: Bounds safety profile
17678 This profile makes it easier to construct code that operates within the bounds of allocated blocks of memory. It does so by focusing on removing the primary sources of bounds violations: pointer arithmetic and array indexing. One of the core features of this profile is to restrict pointers to only refer to single objects, not arrays.
17680 For the purposes of this document, bounds-safety is defined to be the property that a program does not use a variable to access memory outside of the range that was allocated and assigned to that variable. (Note that the safety is intended to be complete when combined also with [Type safety](#SS-type) and [Lifetime safety](#SS-lifetime), which cover other unsafe operations that allow bounds violations, such as type-unsafe casts that 'widen' pointers.)
17682 The following are under consideration but not yet in the rules below, and may be better in other profiles:
17684 * ???
17686 An implementation of this profile shall recognize the following patterns in source code as non-conforming and issue a diagnostic.
17688 Bounds safety profile summary:
17690 * [Bounds.1: Don't use pointer arithmetic. Use `span` instead](#Pro-bounds-arithmetic)
17691 * [Bounds.2: Only index into arrays using constant expressions](#Pro-bounds-arrayindex)
17692 * [Bounds.3: No array-to-pointer decay](#Pro-bounds-decay)
17693 * [Bounds.4: Don't use standard library functions and types that are not bounds-checked](#Pro-bounds-stdlib)
17696 ### <a name="Pro-bounds-arithmetic"></a>Bounds.1: Don't use pointer arithmetic. Use `span` instead.
17698 ##### Reason
17700 Pointers should only refer to single objects, and pointer arithmetic is fragile and easy to get wrong. `span` is a bounds-checked, safe type for accessing arrays of data.
17702 ##### Example, bad
17704     void f(int* p, int count)
17705     {
17706         if (count < 2) return;
17708         int* q = p + 1; // BAD
17710         ptrdiff_t d;
17711         int n;
17712         d = (p - &n); // OK
17713         d = (q - p); // OK
17715         int n = *p++; // BAD
17717         if (count < 6) return;
17719         p[4] = 1; // BAD
17721         p[count - 1] = 2; // BAD
17723         use(&p[0], 3); // BAD
17724     }
17726 ##### Example, good
17728     void f(span<int> a) // BETTER: use span in the function declaration
17729     {
17730         if (a.length() < 2) return;
17732         int n = *a++; // OK
17734         span<int> q = a + 1; // OK
17736         if (a.length() < 6) return;
17738         a[4] = 1; // OK
17740         a[count - 1] = 2; // OK
17742         use(a.data(), 3); // OK
17743     }
17745 ##### Enforcement
17747 Issue a diagnostic for any arithmetic operation on an expression of pointer type that results in a value of pointer type.
17749 ### <a name="Pro-bounds-arrayindex"></a>Bounds.2: Only index into arrays using constant expressions.
17751 ##### Reason
17753 Dynamic accesses into arrays are difficult for both tools and humans to validate as safe. `span` is a bounds-checked, safe type for accessing arrays of data. `at()` is another alternative that ensures single accesses are bounds-checked. If iterators are needed to access an array, use the iterators from a `span` constructed over the array.
17755 ##### Example, bad
17757     void f(array<int, 10> a, int pos)
17758     {
17759         a[pos / 2] = 1; // BAD
17760         a[pos - 1] = 2; // BAD
17761         a[-1] = 3;    // BAD -- no replacement, just don't do this
17762         a[10] = 4;    // BAD -- no replacement, just don't do this
17763     }
17765 ##### Example, good
17767     // ALTERNATIVE A: Use a span
17769     // A1: Change parameter type to use span
17770     void f1(span<int, 10> a, int pos)
17771     {
17772         a[pos / 2] = 1; // OK
17773         a[pos - 1] = 2; // OK
17774     }
17776     // A2: Add local span and use that
17777     void f2(array<int, 10> arr, int pos)
17778     {
17779         span<int> a = {arr, pos}
17780         a[pos / 2] = 1; // OK
17781         a[pos - 1] = 2; // OK
17782     }
17784     // ALTERNATIVE B: Use at() for access
17785     void f3(array<int, 10> a, int pos)
17786     {
17787         at(a, pos / 2) = 1; // OK
17788         at(a, pos - 1) = 2; // OK
17789     }
17791 ##### Example, bad
17793     void f()
17794     {
17795         int arr[COUNT];
17796         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
17797             arr[i] = i; // BAD, cannot use non-constant indexer
17798     }
17800 ##### Example, good
17802     // ALTERNATIVE A: Use a span
17803     void f1()
17804     {
17805         int arr[COUNT];
17806         span<int> av = arr;
17807         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
17808             av[i] = i;
17809     }
17811     // ALTERNATIVE B: Use at() for access
17812     void f2()
17813     {
17814         int arr[COUNT];
17815         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
17816             at(arr, i) = i;
17817     }
17819 ##### Enforcement
17821 Issue a diagnostic for any indexing expression on an expression or variable of array type (either static array or `std::array`) where the indexer is not a compile-time constant expression.
17823 Issue a diagnostic for any indexing expression on an expression or variable of array type (either static array or `std::array`) where the indexer is not a value between `0` or and the upper bound of the array.
17825 **Rewrite support**: Tooling can offer rewrites of array accesses that involve dynamic index expressions to use `at()` instead:
17827     static int a[10];
17829     void f(int i, int j)
17830     {
17831         a[i + j] = 12;      // BAD, could be rewritten as ...
17832         at(a, i + j) = 12;  // OK -- bounds-checked
17833     }
17835 ### <a name="Pro-bounds-decay"></a>Bounds.3: No array-to-pointer decay.
17837 ##### Reason
17839 Pointers should not be used as arrays. `span` is a bounds-checked, safe alternative to using pointers to access arrays.
17841 ##### Example, bad
17843     void g(int* p, size_t length);
17845     void f()
17846     {
17847         int a[5];
17848         g(a, 5);        // BAD
17849         g(&a[0], 1);    // OK
17850     }
17852 ##### Example, good
17854     void g(int* p, size_t length);
17855     void g1(span<int> av); // BETTER: get g() changed.
17857     void f()
17858     {
17859         int a[5];
17860         span<int> av = a;
17862         g(av.data(), av.length());   // OK, if you have no choice
17863         g1(a);                       // OK -- no decay here, instead use implicit span ctor
17864     }
17866 ##### Enforcement
17868 Issue a diagnostic for any expression that would rely on implicit conversion of an array type to a pointer type.
17870 ### <a name="Pro-bounds-stdlib"></a>Bounds.4: Don't use standard library functions and types that are not bounds-checked.
17872 ##### Reason
17874 These functions all have bounds-safe overloads that take `span`. 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()`.
17876 ##### Example, bad
17878     void f()
17879     {
17880         array<int, 10> a, b;
17881         memset(a.data(), 0, 10);         // BAD, and contains a length error (length = 10 * sizeof(int))
17882         memcmp(a.data(), b.data(), 10);  // BAD, and contains a length error (length = 10 * sizeof(int))
17883     }
17885 Also, `std::array<>::fill()` or `std::fill()` or even an empty initializer are better candidate than `memset()`.
17887 ##### Example, good
17889     void f()
17890     {
17891         array<int, 10> a, b, c{};       // c is initialized to zero
17892         a.fill(0);
17893         fill(b.begin(), b.end(), 0);    // std::fill()
17894         fill(b, 0);                     // std::fill() + Ranges TS
17896         if ( a == b ) {
17897           // ...
17898         }
17899     }
17901 ##### Example
17903 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.
17905     void f(std::vector<int>& v, std::array<int, 12> a, int i)
17906     {
17907         v[0] = a[0];        // BAD
17908         v.at(0) = a[0];     // OK (alternative 1)
17909         at(v, 0) = a[0];    // OK (alternative 2)
17911         v.at(0) = a[i];     // BAD
17912         v.at(0) = a.at(i);  // OK (alternative 1)
17913         v.at(0) = at(a, i); // OK (alternative 2)
17914     }
17916 ##### Enforcement
17918 * Issue a diagnostic for any call to a standard library function that is not bounds-checked. ??? insert link to a list of banned functions
17920 **TODO Notes**:
17922 * Impact on the standard library will require close coordination with WG21, if only to ensure compatibility even if never standardized.
17923 * We are considering specifying bounds-safe overloads for stdlib (especially C stdlib) functions like `memcmp` and shipping them in the GSL.
17924 * 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).
17926 ## <a name="SS-lifetime"></a>Pro.lifetime: Lifetime safety profile
17928 See /docs folder for the initial design. The formal rules are in progress (as of March 2017).
17930 # <a name="S-gsl"></a>GSL: Guideline support library
17932 The GSL is a small library of facilities designed to support this set of guidelines.
17933 Without these facilities, the guidelines would have to be far more restrictive on language details.
17935 The Core Guidelines support library is defined in namespace `gsl` and the names may be aliases for standard library or other well-known library names. Using the (compile-time) indirection through the `gsl` namespace allows for experimentation and for local variants of the support facilities.
17937 The GSL is header only, and can be found at [GSL: Guideline support library](https://github.com/Microsoft/GSL).
17938 The support library facilities are designed to be extremely lightweight (zero-overhead) so that they impose no overhead compared to using conventional alternatives.
17939 Where desirable, they can be "instrumented" with additional functionality (e.g., checks) for tasks such as debugging.
17941 These Guidelines assume a `variant` type, but this is not currently in GSL.
17942 Eventually, use [the one voted into C++17](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0088r3.html).
17944 Summary of GSL components:
17946 * [GSL.view: Views](#SS-views)
17947 * [GSL.owner](#SS-ownership)
17948 * [GSL.assert: Assertions](#SS-assertions)
17949 * [GSL.util: Utilities](#SS-utilities)
17950 * [GSL.concept: Concepts](#SS-gsl-concepts)
17952 We plan for a "ISO C++ standard style" semi-formal specification of the GSL.
17954 We rely on the ISO C++ standard library and hope for parts of the GSL to be absorbed into the standard library.
17956 ## <a name="SS-views"></a>GSL.view: Views
17958 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.
17960 These "views" are never owners.
17962 References are never owners. 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.
17964 The names are mostly ISO standard-library style (lower case and underscore):
17966 * `T*`      // The `T*` is not an owner, may be null; assumed to be pointing to a single element.
17967 * `T&`      // The `T&` is not an owner and can never be a "null reference"; references are always bound to objects.
17969 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.
17970 Owners should be converted to resource handles (e.g., `unique_ptr` or `vector<T>`) or marked `owner<T*>`.
17972 * `owner<T*>`   // a `T*` that owns the object pointed/referred to; may be `nullptr`.
17974 `owner` is used to mark owning pointers in code that cannot be upgraded to use proper resource handles.
17975 Reasons for that include:
17977 * Cost of conversion.
17978 * The pointer is used with an ABI.
17979 * The pointer is part of the implementation of a resource handle.
17981 An `owner<T>` differs from a resource handle for a `T` by still requiring an explicit `delete`.
17983 An `owner<T>` is assumed to refer to an object on the free store (heap).
17985 If something is not supposed to be `nullptr`, say so:
17987 * `not_null<T>`   // `T` is usually a pointer type (e.g., `not_null<int*>` and `not_null<owner<Foo*>>`) that may not be `nullptr`.
17988   `T` can be any type for which `==nullptr` is meaningful.
17990 * `span<T>`       // `[`p`:`p+n`)`, constructor from `{p, q}` and `{p, n}`; `T` is the pointer type
17991 * `span_p<T>`     // `{p, predicate}` \[`p`:`q`) where `q` is the first element for which `predicate(*p)` is true
17992 * `string_span`   // `span<char>`
17993 * `cstring_span`  // `span<const char>`
17995 A `span<T>` refers to zero or more mutable `T`s unless `T` is a `const` type.
17997 "Pointer arithmetic" is best done within `span`s.
17998 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`.
18000 * `zstring`    // a `char*` supposed to be a C-style string; that is, a zero-terminated sequence of `char` or `nullptr`
18001 * `czstring`   // a `const char*` supposed to be a C-style string; that is, a zero-terminated sequence of `const` `char` or `nullptr`
18003 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.
18004 A sequence of characters that is not assumed to be zero-terminated should be a `char*`, rather than a `zstring`.
18005 French accent optional.
18007 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?
18009 ## <a name="SS-ownership"></a>GSL.owner: Ownership pointers
18011 * `unique_ptr<T>`     // unique ownership: `std::unique_ptr<T>`
18012 * `shared_ptr<T>`     // shared ownership: `std::shared_ptr<T>` (a counted pointer)
18013 * `stack_array<T>`    // A stack-allocated array. The number of elements are determined at construction and fixed thereafter. The elements are mutable unless `T` is a `const` type.
18014 * `dyn_array<T>`      // ??? needed ??? A heap-allocated array. The number of elements are determined at construction and fixed thereafter.
18015   The elements are mutable unless `T` is a `const` type. Basically a `span` that allocates and owns its elements.
18017 ## <a name="SS-assertions"></a>GSL.assert: Assertions
18019 * `Expects`     // precondition assertion. Currently placed in function bodies. Later, should be moved to declarations.
18020                 // `Expects(p)` terminates the program unless `p == true`
18021                 // `Expect` in under control of some options (enforcement, error message, alternatives to terminate)
18022 * `Ensures`     // postcondition assertion. Currently placed in function bodies. Later, should be moved to declarations.
18024 These assertions is currently macros (yuck!) and must appear in function definitions (only)
18025 pending standard commission decisions on contracts and assertion syntax.
18026 See [the contract proposal](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0380r1.pdf); using the attribute syntax,
18027 for example, `Expects(p!=nullptr)` will become `[[expects: p!=nullptr]]`.
18029 ## <a name="SS-utilities"></a>GSL.util: Utilities
18031 * `finally`       // `finally(f)` makes a `final_action{f}` with a destructor that invokes `f`
18032 * `narrow_cast`   // `narrow_cast<T>(x)` is `static_cast<T>(x)`
18033 * `narrow`        // `narrow<T>(x)` is `static_cast<T>(x)` if `static_cast<T>(x) == x` or it throws `narrowing_error`
18034 * `[[implicit]]`  // "Marker" to put on single-argument constructors to explicitly make them non-explicit.
18035 * `move_owner`    // `p = move_owner(q)` means `p = q` but ???
18037 ## <a name="SS-gsl-concepts"></a>GSL.concept: Concepts
18039 These concepts (type predicates) are borrowed from
18040 Andrew Sutton's Origin library,
18041 the Range proposal,
18042 and the ISO WG21 Palo Alto TR.
18043 They are likely to be very similar to what will become part of the ISO C++ standard.
18044 The notation is that of the ISO WG21 [Concepts TS](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
18045 Most of the concepts below are defined in [the Ranges TS](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4569.pdf).
18047 * `Range`
18048 * `String`   // ???
18049 * `Number`   // ???
18050 * `Sortable`
18051 * `Pointer`  // A type with `*`, `->`, `==`, and default construction (default construction is assumed to set the singular "null" value); see [smart pointers](#SS-gsl-smartptrconcepts)
18052 * `Unique_ptr`  // A type that matches `Pointer`, has move (not copy), and matches the Lifetime profile criteria for a `unique` owner type; see [smart pointers](#SS-gsl-smartptrconcepts)
18053 * `Shared_ptr`   // A type that matches `Pointer`, has copy, and matches the Lifetime profile criteria for a `shared` owner type; see [smart pointers](#SS-gsl-smartptrconcepts)
18054 * `EqualityComparable`   // ???Must we suffer CaMelcAse???
18055 * `Convertible`
18056 * `Common`
18057 * `Boolean`
18058 * `Integral`
18059 * `SignedIntegral`
18060 * `SemiRegular` // ??? Copyable?
18061 * `Regular`
18062 * `TotallyOrdered`
18063 * `Function`
18064 * `RegularFunction`
18065 * `Predicate`
18066 * `Relation`
18067 * ...
18069 ### <a name="SS-gsl-smartptrconcepts"></a>Smart pointer concepts
18071 Described in [Lifetimes paper](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/docs/Lifetimes%20I%20and%20II%20-%20v0.9.1.pdf).
18073 # <a name="S-naming"></a>NL: Naming and layout rules
18075 Consistent naming and layout are helpful.
18076 If for no other reason because it minimizes "my style is better than your style" arguments.
18077 However, there are many, many, different styles around and people are passionate about them (pro and con).
18078 Also, most real-world projects includes code from many sources, so standardizing on a single style for all code is often impossible.
18079 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.
18080 IDEs and tools can help (as well as hinder).
18082 Naming and layout rules:
18084 * [NL.1: Don't say in comments what can be clearly stated in code](#Rl-comments)
18085 * [NL.2: State intent in comments](#Rl-comments-intent)
18086 * [NL.3: Keep comments crisp](#Rl-comments-crisp)
18087 * [NL.4: Maintain a consistent indentation style](#Rl-indent)
18088 * [NL.5: Don't encode type information in names](#Rl-name-type)
18089 * [NL.7: Make the length of a name roughly proportional to the length of its scope](#Rl-name-length)
18090 * [NL.8: Use a consistent naming style](#Rl-name)
18091 * [NL.9: Use `ALL_CAPS` for macro names only](#Rl-all-caps)
18092 * [NL.10: Avoid CamelCase](#Rl-camel)
18093 * [NL.15: Use spaces sparingly](#Rl-space)
18094 * [NL.16: Use a conventional class member declaration order](#Rl-order)
18095 * [NL.17: Use K&R-derived layout](#Rl-knr)
18096 * [NL.18: Use C++-style declarator layout](#Rl-ptr)
18097 * [NL.19: Avoid names that are easily misread](#Rl-misread)
18098 * [NL.20: Don't place two statements on the same line](#Rl-stmt)
18099 * [NL.21: Declare one name (only) per declaration](#Rl-dcl)
18100 * [NL.25: Don't use `void` as an argument type](#Rl-void)
18101 * [NL.26: Use conventional `const` notation](#Rl-const)
18103 Most of these rules are aesthetic and programmers hold strong opinions.
18104 IDEs also tend to have defaults and a range of alternatives.
18105 These rules are suggested defaults to follow unless you have reasons not to.
18107 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.
18108 We are not "legislating" (see the previous paragraph).
18109 However, we have had many requests for a set of naming and layout conventions to use when there are no external constraints.
18111 More specific and detailed rules are easier to enforce.
18113 These rules bear a strong resemblance to the recommendations in the [PPP Style Guide](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf)
18114 written in support of Stroustrup's [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html).
18116 ### <a name="Rl-comments"></a>NL.1: Don't say in comments what can be clearly stated in code
18118 ##### Reason
18120 Compilers do not read comments.
18121 Comments are less precise than code.
18122 Comments are not updated as consistently as code.
18124 ##### Example, bad
18126     auto x = m * v1 + vv;   // multiply m with v1 and add the result to vv
18128 ##### Enforcement
18130 Build an AI program that interprets colloquial English text and see if what is said could be better expressed in C++.
18132 ### <a name="Rl-comments-intent"></a>NL.2: State intent in comments
18134 ##### Reason
18136 Code says what is done, not what is supposed to be done. Often intent can be stated more clearly and concisely than the implementation.
18138 ##### Example
18140     void stable_sort(Sortable& c)
18141         // sort c in the order determined by <, keep equal elements (as defined by ==) in
18142         // their original relative order
18143     {
18144         // ... quite a few lines of non-trivial code ...
18145     }
18147 ##### Note
18149 If the comment and the code disagrees, both are likely to be wrong.
18151 ### <a name="Rl-comments-crisp"></a>NL.3: Keep comments crisp
18153 ##### Reason
18155 Verbosity slows down understanding and makes the code harder to read by spreading it around in the source file.
18157 ##### Note
18159 Use intelligible English.
18160 I may be fluent in Danish, but most programmers are not; the maintainers of my code may not be.
18161 Avoid SMS lingo and watch your grammar, punctuation, and capitalization.
18162 Aim for professionalism, not "cool."
18164 ##### Enforcement
18166 not possible.
18168 ### <a name="Rl-indent"></a>NL.4: Maintain a consistent indentation style
18170 ##### Reason
18172 Readability. Avoidance of "silly mistakes."
18174 ##### Example, bad
18176     int i;
18177     for (i = 0; i < max; ++i); // bug waiting to happen
18178     if (i == j)
18179         return i;
18181 ##### Note
18183 Always indenting the statement after `if (...)`, `for (...)`, and `while (...)` is usually a good idea:
18185     if (i < 0) error("negative argument");
18187     if (i < 0)
18188         error("negative argument");
18190 ##### Enforcement
18192 Use a tool.
18194 ### <a name="Rl-name-type"></a>NL.5 Don't encode type information in names
18196 ##### Rationale
18198 If names reflect types rather than functionality, it becomes hard to change the types used to provide that functionality.
18199 Also, if the type of a variable is changed, code using it will have to be modified.
18200 Minimize unintentional conversions.
18202 ##### Example, bad
18204     void print_int(int i);
18205     void print_string(const char*);
18207     print_int(1);   // OK
18208     print_int(x);   // conversion to int if x is a double
18210 ##### Note
18212 Names with types encoded are either verbose or cryptic.
18214     printS  // print a std::string
18215     prints  // print a C-style string
18216     printi  // print an int
18218 PS. Hungarian notation is evil (at least in a strongly statically-typed language).
18220 ##### Note
18222 Some styles distinguishes members from local variable, and/or from global variable.
18224     struct S {
18225         int m_;
18226         S(int m) :m_{abs(m)} { }
18227     };
18229 This is not evil.
18231 ##### Note
18233 Like C++, some styles distinguishes types from non-types.
18234 For example, by capitalizing type names, but not the names of functions and variables.
18236     typename<typename T>
18237     class Hash_tbl {   // maps string to T
18238         // ...
18239     };
18241     Hash_tbl<int> index;
18243 This is not evil.
18245 ### <a name="Rl-name-length"></a>NL.7: Make the length of a name roughly proportional to the length of its scope
18247 **Rationale**: The larger the scope the greater the chance of confusion and of an unintended name clash.
18249 ##### Example
18251     double sqrt(double x);   // return the square root of x; x must be non-negative
18253     int length(const char* p);  // return the number of characters in a zero-terminated C-style string
18255     int length_of_string(const char zero_terminated_array_of_char[])    // bad: verbose
18257     int g;      // bad: global variable with a cryptic name
18259     int open;   // bad: global variable with a short, popular name
18261 The use of `p` for pointer and `x` for a floating-point variable is conventional and non-confusing in a restricted scope.
18263 ##### Enforcement
18267 ### <a name="Rl-name"></a>NL.8: Use a consistent naming style
18269 **Rationale**: Consistence in naming and naming style increases readability.
18271 ##### Note
18273 There are many styles and when you use multiple libraries, you can't follow all their different conventions.
18274 Choose a "house style", but leave "imported" libraries with their original style.
18276 ##### Example
18278 ISO Standard, use lower case only and digits, separate words with underscores:
18280 * `int`
18281 * `vector`
18282 * `my_map`
18284 Avoid double underscores `__`.
18286 ##### Example
18288 [Stroustrup](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf):
18289 ISO Standard, but with upper case used for your own types and concepts:
18291 * `int`
18292 * `vector`
18293 * `My_map`
18295 ##### Example
18297 CamelCase: capitalize each word in a multi-word identifier:
18299 * `int`
18300 * `vector`
18301 * `MyMap`
18302 * `myMap`
18304 Some conventions capitalize the first letter, some don't.
18306 ##### Note
18308 Try to be consistent in your use of acronyms and lengths of identifiers:
18310     int mtbf {12};
18311     int mean_time_between_failures {12}; // make up your mind
18313 ##### Enforcement
18315 Would be possible except for the use of libraries with varying conventions.
18317 ### <a name="Rl-all-caps"></a>NL.9: Use `ALL_CAPS` for macro names only
18319 ##### Reason
18321 To avoid confusing macros with names that obey scope and type rules.
18323 ##### Example
18325     void f()
18326     {
18327         const int SIZE{1000};  // Bad, use 'size' instead
18328         int v[SIZE];
18329     }
18331 ##### Note
18333 This rule applies to non-macro symbolic constants:
18335     enum bad { BAD, WORSE, HORRIBLE }; // BAD
18337 ##### Enforcement
18339 * Flag macros with lower-case letters
18340 * Flag `ALL_CAPS` non-macro names
18342 ### <a name="Rl-camel"></a>NL.10: Avoid CamelCase
18344 ##### Reason
18346 The use of underscores to separate parts of a name is the original C and C++ style and used in the C++ standard library.
18347 If you prefer CamelCase, you have to choose among different flavors of camelCase.
18349 ##### Note
18351 This rule is a default to use only if you have a choice.
18352 Often, you don't have a choice and must follow an established style for [consistency](#Rl-name).
18353 The need for consistency beats personal taste.
18355 ##### Example
18357 [Stroustrup](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf):
18358 ISO Standard, but with upper case used for your own types and concepts:
18360 * `int`
18361 * `vector`
18362 * `My_map`
18364 ##### Enforcement
18366 Impossible.
18368 ### <a name="Rl-space"></a>NL.15: Use spaces sparingly
18370 ##### Reason
18372 Too much space makes the text larger and distracts.
18374 ##### Example, bad
18376     #include < map >
18378     int main(int argc, char * argv [ ])
18379     {
18380         // ...
18381     }
18383 ##### Example
18385     #include<map>
18387     int main(int argc, char* argv[])
18388     {
18389         // ...
18390     }
18392 ##### Note
18394 Some IDEs have their own opinions and add distracting space.
18396 ##### Note
18398 We value well-placed whitespace as a significant help for readability. Just don't overdo it.
18400 ### <a name="Rl-order"></a>NL.16: Use a conventional class member declaration order
18402 ##### Reason
18404 A conventional order of members improves readability.
18406 When declaring a class use the following order
18408 * types: classes, enums, and aliases (`using`)
18409 * constructors, assignments, destructor
18410 * functions
18411 * data
18413 Use the `public` before `protected` before `private` order.
18415 Private types and functions can be placed with private data.
18417 Avoid multiple blocks of declarations of one access (e.g., `public`) dispersed among blocks of declarations with different access (e.g. `private`).
18419 ##### Example
18421     class X {
18422     public:
18423         // interface
18424     protected:
18425         // unchecked function for use by derived class implementations
18426     private:
18427         // implementation details
18428     };
18430 ##### Note
18432 The use of macros to declare groups of members often violates any ordering rules.
18433 However, macros obscures what is being expressed anyway.
18435 ##### Enforcement
18437 Flag departures from the suggested order. There will be a lot of old code that doesn't follow this rule.
18439 ### <a name="Rl-knr"></a>NL.17: Use K&R-derived layout
18441 ##### Reason
18443 This is the original C and C++ layout. It preserves vertical space well. It distinguishes different language constructs (such as functions and classes) well.
18445 ##### Note
18447 In the context of C++, this style is often called "Stroustrup".
18449 ##### Example
18451     struct Cable {
18452         int x;
18453         // ...
18454     };
18456     double foo(int x)
18457     {
18458         if (0 < x) {
18459             // ...
18460         }
18462         switch (x) {
18463             case 0:
18464                 // ...
18465                 break;
18466             case amazing:
18467                 // ...
18468                 break;
18469             default:
18470                 // ...
18471                 break;
18472         }
18474         if (0 < x)
18475             ++x;
18477         if (x < 0)
18478             something();
18479         else
18480             something_else();
18482         return some_value;
18483     }
18485 Note the space between `if` and `(`
18487 ##### Note
18489 Use separate lines for each statement, the branches of an `if`, and the body of a `for`.
18491 ##### Note
18493 The `{` for a `class` and a `struct` in *not* on a separate line, but the `{` for a function is.
18495 ##### Note
18497 Capitalize the names of your user-defined types to distinguish them from standards-library types.
18499 ##### Note
18501 Do not capitalize function names.
18503 ##### Enforcement
18505 If you want enforcement, use an IDE to reformat.
18507 ### <a name="Rl-ptr"></a>NL.18: Use C++-style declarator layout
18509 ##### Reason
18511 The C-style layout emphasizes use in expressions and grammar, whereas the C++-style emphasizes types.
18512 The use in expressions argument doesn't hold for references.
18514 ##### Example
18516     T& operator[](size_t);   // OK
18517     T &operator[](size_t);   // just strange
18518     T & operator[](size_t);   // undecided
18520 ##### Enforcement
18522 Impossible in the face of history.
18525 ### <a name="Rl-misread"></a>NL.19: Avoid names that are easily misread
18527 ##### Reason
18529 Readability.
18530 Not everyone has screens and printers that make it easy to distinguish all characters.
18531 We easily confuse similarly spelled and slightly misspelled words.
18533 ##### Example
18535     int oO01lL = 6; // bad
18537     int splunk = 7;
18538     int splonk = 8; // bad: splunk and splonk are easily confused
18540 ##### Enforcement
18544 ### <a name="Rl-stmt"></a>NL.20: Don't place two statements on the same line
18546 ##### Reason
18548 Readability.
18549 It is really easy to overlook a statement when there is more on a line.
18551 ##### Example
18553     int x = 7; char* p = 29;    // don't
18554     int x = 7; f(x);  ++x;      // don't
18556 ##### Enforcement
18558 Easy.
18560 ### <a name="Rl-dcl"></a>NL.21: Declare one name (only) per declaration
18562 ##### Reason
18564 Readability.
18565 Minimizing confusion with the declarator syntax.
18567 ##### Note
18569 For details, see [ES.10](#Res-name-one).
18572 ### <a name="Rl-void"></a>NL.25: Don't use `void` as an argument type
18574 ##### Reason
18576 It's verbose and only needed where C compatibility matters.
18578 ##### Example
18580     void f(void);   // bad
18582     void g();       // better
18584 ##### Note
18586 Even Dennis Ritchie deemed `void f(void)` an abomination.
18587 You can make an argument for that abomination in C when function prototypes were rare so that banning:
18589     int f();
18590     f(1, 2, "weird but valid C89");   // hope that f() is defined int f(a, b, c) char* c; { /* ... */ }
18592 would have caused major problems, but not in the 21st century and in C++.
18594 ### <a name="Rl-const"></a>NL.26: Use conventional `const` notation
18596 ##### Reason
18598 Conventional notation is more familiar to more programmers.
18599 Consistency in large code bases.
18601 ##### Example
18603     const int x = 7;    // OK
18604     int const y = 9;    // bad
18606     const int *const p = nullptr;   // OK, constant pointer to constant int
18607     int const *const p = nullptr;   // bad, constant pointer to constant int
18609 ##### Note
18611 We are well aware that you could claim the "bad" examples more logical than the ones marked "OK",
18612 but they also confuse more people, especially novices relying on teaching material using the far more common, conventional OK style.
18614 As ever, remember that the aim of these naming and layout rules is consistency and that aesthetics vary immensely.
18616 ##### Enforcement
18618 Flag `const` used as a suffix for a type.
18620 # <a name="S-faq"></a>FAQ: Answers to frequently asked questions
18622 This section covers answers to frequently asked questions about these guidelines.
18624 ### <a name="Faq-aims"></a>FAQ.1: What do these guidelines aim to achieve?
18626 See the <a href="#S-abstract">top of this page</a>. This is an open source project to maintain modern authoritative guidelines for writing C++ code using the current C++ Standard (as of this writing, C++14). The guidelines are designed to be modern, machine-enforceable wherever possible, and open to contributions and forking so that organizations can easily incorporate them into their own corporate coding guidelines.
18628 ### <a name="Faq-announced"></a>FAQ.2: When and where was this work first announced?
18630 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).
18632 ### <a name="Faq-maintainers"></a>FAQ.3: Who are the authors and maintainers of these guidelines?
18634 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!"
18636 ### <a name="Faq-contribute"></a>FAQ.4: How can I contribute?
18638 See [CONTRIBUTING.md](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/CONTRIBUTING.md). We appreciate volunteer help!
18640 ### <a name="Faq-maintainer"></a>FAQ.5: How can I become an editor/maintainer?
18642 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!
18644 ### <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?
18646 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.
18648 ### <a name="Faq-isocpp"></a>FAQ.7: If these guidelines are not approved by the committee, why are they under `github.com/isocpp`?
18650 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.
18652 ### <a name="Faq-cpp98"></a>FAQ.8: Will there be a C++98 version of these Guidelines? a C++11 version?
18654 No. These guidelines are about how to best use Standard C++14 (and, if you have an implementation available, the Concepts Lite Technical Specification) and write code assuming you have a modern conforming compiler.
18656 ### <a name="Faq-language-extensions"></a>FAQ.9: Do these guidelines propose new language features?
18658 No. These guidelines are about how to best use Standard C++14 + the Concepts Lite Technical Specification, and they limit themselves to recommending only those features.
18660 ### <a name="Faq-markdown"></a>FAQ.10: What version of Markdown do these guidelines use?
18662 These coding standards are written using [CommonMark](http://commonmark.org), and `<a>` HTML anchors.
18664 We are considering the following extensions from [GitHub Flavored Markdown (GFM)](https://help.github.com/articles/github-flavored-markdown/):
18666 * fenced code blocks (consistently using indented vs. fenced is under discussion)
18667 * tables (none yet but we'll likely need them, and this is a GFM extension)
18669 Avoid other HTML tags and other extensions.
18671 Note: We are not yet consistent with this style.
18673 ### <a name="Faq-gsl"></a>FAQ.50: What is the GSL (guideline support library)?
18675 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.
18677 ### <a name="Faq-msgsl"></a>FAQ.51: Is [github.com/Microsoft/GSL](https://github.com/Microsoft/GSL) the GSL?
18679 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.
18681 ### <a name="Faq-gsl-implementation"></a>FAQ.52: Why not supply an actual GSL implementation in/with these guidelines?
18683 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.
18685 ### <a name="Faq-boost"></a>FAQ.53: Why weren't the GSL types proposed through Boost?
18687 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.
18689 ### <a name="Faq-gsl-iso"></a>FAQ.54: Has the GSL (guideline support library) been approved by the ISO C++ standards committee?
18691 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.
18693 ### <a name="Faq-gsl-string-view"></a>FAQ.55: If you're using the standard types where available, why is the GSL `string_span` different from the `string_view` in the Library Fundamentals 1 Technical Specification and C++17 Working Paper? Why not just use the committee-approved `string_view`?
18695 The consensus on the taxonomy of views for the C++ standard library was that "view" means "read-only", and "span" means "read/write". The read-only `string_view` was the first such component to complete the standardization process, while `span` and `string_span` are currently being considered for standardization.
18697 ### <a name="Faq-gsl-owner"></a>FAQ.56: Is `owner` the same as the proposed `observer_ptr`?
18699 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.
18701 ### <a name="Faq-gsl-stack-array"></a>FAQ.57: Is `stack_array` the same as the standard `array`?
18703 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.
18705 ### <a name="Faq-gsl-dyn-array"></a>FAQ.58: Is `dyn_array` the same as `vector` or the proposed `dynarray`?
18707 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.
18709 ### <a name="Faq-gsl-expects"></a>FAQ.59: Is `Expects` the same as `assert`?
18711 No. It is a placeholder for language support for contract preconditions.
18713 ### <a name="Faq-gsl-ensures"></a>FAQ.60: Is `Ensures` the same as `assert`?
18715 No. It is a placeholder for language support for contract postconditions.
18717 # <a name="S-libraries"></a>Appendix A: Libraries
18719 This section lists recommended libraries, and explicitly recommends a few.
18721 ??? Suitable for the general guide? I think not ???
18723 # <a name="S-modernizing"></a>Appendix B: Modernizing code
18725 Ideally, we follow all rules in all code.
18726 Realistically, we have to deal with a lot of old code:
18728 * application code written before the guidelines were formulated or known
18729 * libraries written to older/different standards
18730 * code written under "unusual" constraints
18731 * code that we just haven't gotten around to modernizing
18733 If we have a million lines of new code, the idea of "just changing it all at once" is typically unrealistic.
18734 Thus, we need a way of gradually modernizing a code base.
18736 Upgrading older code to modern style can be a daunting task.
18737 Often, the old code is both a mess (hard to understand) and working correctly (for the current range of uses).
18738 Typically, the original programmer is not around and the test cases incomplete.
18739 The fact that the code is a mess dramatically increases the effort needed to make any change and the risk of introducing errors.
18740 Often, messy old code runs unnecessarily slowly because it requires outdated compilers and cannot take advantage of modern hardware.
18741 In many cases, automated "modernizer"-style tool support would be required for major upgrade efforts.
18743 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.
18744 Making code "look pretty" or "follow modern style" are not by themselves reasons for change.
18745 There are risks implied by every change and costs (including the cost of lost opportunities) implied by having an outdated code base.
18746 The cost reductions must outweigh the risks.
18748 But how?
18750 There is no one approach to modernizing code.
18751 How best to do it depends on the code, the pressure for updates, the backgrounds of the developers, and the available tool.
18752 Here are some (very general) ideas:
18754 * The ideal is "just upgrade everything." That gives the most benefits for the shortest total time.
18755   In most circumstances, it is also impossible.
18756 * 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.
18757 * 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.
18758 * We could start by focusing on the interfaces, e.g., make sure that no resources are lost and no pointer is misused.
18759   This would be a set of changes across the whole code base, but would most likely have huge benefits.
18760   Afterwards, code hidden behind those interfaces can be gradually modernized without affecting other code.
18762 Whichever way you choose, please note that the most advantages come with the highest conformance to the guidelines.
18763 The guidelines are not a random set of unrelated rules where you can randomly pick and choose with an expectation of success.
18765 We would dearly love to hear about experience and about tools used.
18766 Modernization can be much faster, simpler, and safer when supported with analysis tools and even code transformation tools.
18768 # <a name="S-discussion"></a>Appendix C: Discussion
18770 This section contains follow-up material on rules and sets of rules.
18771 In particular, here we present further rationale, longer examples, and discussions of alternatives.
18773 ### <a name="Sd-order"></a>Discussion: Define and initialize member variables in the order of member declaration
18775 Member variables are always initialized in the order they are declared in the class definition, so write them in that order in the constructor initialization list. Writing them in a different order just makes the code confusing because it won't run in the order you see, and that can make it hard to see order-dependent bugs.
18777     class Employee {
18778         string email, first, last;
18779     public:
18780         Employee(const char* firstName, const char* lastName);
18781         // ...
18782     };
18784     Employee::Employee(const char* firstName, const char* lastName)
18785       : first(firstName),
18786         last(lastName),
18787         // BAD: first and last not yet constructed
18788         email(first + "." + last + "@acme.com")
18789     {}
18791 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.
18793 If the class definition and the constructor body are in separate files, the long-distance influence that the order of member variable declarations has over the constructor's correctness will be even harder to spot.
18795 **References**:
18797 [\[Cline99\]](#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
18799 ### <a name="TBD"></a>Use of `=`, `{}`, and `()` as initializers
18803 ### <a name="Sd-factory"></a>Discussion: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization
18805 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:
18807 * *Pass the buck:* Just document that user code must call the post-initialization function right after constructing an object.
18808 * *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.
18809 * *Use virtual base class semantics:* Language rules dictate that the constructor most-derived class decides which base constructor will be invoked; you can use that to your advantage. (See [\[Taligent94\]](#Taligent94).)
18810 * *Use a factory function:* This way, you can easily force a mandatory invocation of a post-constructor function.
18812 Here is an example of the last option:
18814     class B {
18815     public:
18816         B() { /* ... */ f(); /* ... */ }   // BAD: see Item 49.1
18818         virtual void f() = 0;
18820         // ...
18821     };
18823     class B {
18824     protected:
18825         B() { /* ... */ }
18826         virtual void PostInitialize()    // called right after construction
18827             { /* ... */ f(); /* ... */ }   // GOOD: virtual dispatch is safe
18828     public:
18829         virtual void f() = 0;
18831         template<class T>
18832         static shared_ptr<T> Create()    // interface for creating objects
18833         {
18834             auto p = make_shared<T>();
18835             p->PostInitialize();
18836             return p;
18837         }
18838     };
18841     class D : public B {                 // some derived class
18842     public:
18843         void f() override { /* ...  */ };
18845     protected:
18846         D() {}
18848         template<class T>
18849         friend shared_ptr<T> B::Create();
18850     };
18852     shared_ptr<D> p = D::Create<D>();    // creating a D object
18854 This design requires the following discipline:
18856 * Derived classes such as `D` must not expose a public constructor. Otherwise, `D`'s users could create `D` objects that don't invoke `PostInitialize`.
18857 * Allocation is limited to `operator new`. `B` can, however, override `new` (see Items 45 and 46).
18858 * `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.
18860 If the requirements above are met, the design guarantees that `PostInitialize` has been called for any fully constructed `B`-derived object. `PostInitialize` doesn't need to be virtual; it can, however, invoke virtual functions freely.
18862 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).
18864 **References**: [\[Alexandrescu01\]](#Alexandrescu01) §3, [\[Boost\]](#Boost), [\[Dewhurst03\]](#Dewhurst03) §75, [\[Meyers97\]](#Meyers97) §46, [\[Stroustrup00\]](#Stroustrup00) §15.4.3, [\[Taligent94\]](#Taligent94)
18866 ### <a name="Sd-dtor"></a>Discussion: Make base class destructors public and virtual, or protected and nonvirtual
18868 Should destruction behave virtually? That is, should destruction through a pointer to a `base` class be allowed? If yes, then `base`'s destructor must be public in order to be callable, and virtual otherwise calling it results in undefined behavior. Otherwise, it should be protected so that only derived classes can invoke it in their own destructors, and nonvirtual since it doesn't need to behave virtually virtual.
18870 ##### Example
18872 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>`:
18874     class Base {
18875     public:
18876         ~Base();                   // BAD, not virtual
18877         virtual ~Base();           // GOOD
18878         // ...
18879     };
18881     class Derived : public Base { /* ... */ };
18883     {
18884         unique_ptr<Base> pb = make_unique<Derived>();
18885         // ...
18886     } // ~pb invokes correct destructor only when ~Base is virtual
18888 In rarer cases, such as policy classes, the class is used as a base class for convenience, not for polymorphic behavior. It is recommended to make those destructors protected and nonvirtual:
18890     class My_policy {
18891     public:
18892         virtual ~My_policy();      // BAD, public and virtual
18893     protected:
18894         ~My_policy();              // GOOD
18895         // ...
18896     };
18898     template<class Policy>
18899     class customizable : Policy { /* ... */ }; // note: private inheritance
18901 ##### Note
18903 This simple guideline illustrates a subtle issue and reflects modern uses of inheritance and object-oriented design principles.
18905 For a base class `Base`, calling code might try to destroy derived objects through pointers to `Base`, such as when using a `unique_ptr<Base>`. If `Base`'s destructor is public and nonvirtual (the default), it can be accidentally called on a pointer that actually points to a derived object, in which case the behavior of the attempted deletion is undefined. This state of affairs has led older coding standards to impose a blanket requirement that all base class destructors must be virtual. This is overkill (even if it is the common case); instead, the rule should be to make base class destructors virtual if and only if they are public.
18907 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:
18909 * Whether it should behave virtually or not.
18910 * Whether it should be publicly available to all callers using a pointer to `Base` or else be a hidden internal implementation detail.
18912 As described in Item 39, for a normal member function, the choice is between allowing it to be called via a pointer to `Base` nonvirtually (but possibly with virtual behavior if it invokes virtual functions, such as in the NVI or Template Method patterns), virtually, or not at all. The NVI pattern is a technique to avoid public virtual functions.
18914 Destruction can be viewed as just another operation, albeit with special semantics that make nonvirtual calls dangerous or wrong. For a base class destructor, therefore, the choice is between allowing it to be called via a pointer to `Base` virtually or not at all; "nonvirtually" is not an option. Hence, a base class destructor is virtual if it can be called (i.e., is public), and nonvirtual otherwise.
18916 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.)
18918 Corollary: When writing a base class, always write a destructor explicitly, because the implicitly generated one is public and nonvirtual. You can always `=default` the implementation if the default body is fine and you're just writing the function to give it the proper visibility and virtuality.
18920 ##### Exception
18922 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.
18924 Consider also this rare case:
18926 * `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.
18927 * 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.
18929 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.
18931 In this rare case, you could make the destructor public and nonvirtual but clearly document that further-derived objects must not be used polymorphically as `B`'s. This is what was done with `std::unary_function`.
18933 In general, however, avoid concrete base classes (see Item 35). For example, `unary_function` is a bundle-of-typedefs that was never intended to be instantiated standalone. It really makes no sense to give it a public destructor; a better design would be to follow this Item's advice and give it a protected nonvirtual destructor.
18935 **References**: [\[C++CS\]](#C++CS) Item 50, [\[Cargill92\]](#Cargill92) pp. 77-79, 207, [\[Cline99\]](#Cline99) §21.06, 21.12-13, [\[Henricson97\]](#Henricson97) pp. 110-114, [\[Koenig97\]](#Koenig97) Chapters 4, 11, [\[Meyers97\]](#Meyers97) §14, [\[Stroustrup00\]](#Stroustrup00) §12.4.2, [\[Sutter02\]](#Sutter02) §27, [\[Sutter04\]](#Sutter04) §18
18937 ### <a name="Sd-noexcept"></a>Discussion: Usage of noexcept
18941 ### <a name="Sd-never-fail"></a>Discussion: Destructors, deallocation, and swap must never fail
18943 Never allow an error to be reported from a destructor, a resource deallocation function (e.g., `operator delete`), or a `swap` function using `throw`. It is nearly impossible to write useful code if these operations can fail, and even if something does go wrong it nearly never makes any sense to retry. Specifically, types whose destructors may throw an exception are flatly forbidden from use with the C++ standard library. Most destructors are now implicitly `noexcept` by default.
18945 ##### Example
18947     class Nefarious {
18948     public:
18949         Nefarious()  { /* code that could throw */ }   // ok
18950         ~Nefarious() { /* code that could throw */ }   // BAD, should not throw
18951         // ...
18952     };
18954 1. `Nefarious` objects are hard to use safely even as local variables:
18957         void test(string& s)
18958         {
18959             Nefarious n;          // trouble brewing
18960             string copy = s;      // copy the string
18961         } // destroy copy and then n
18963     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.
18965 2. Classes with `Nefarious` members or bases are also hard to use safely, because their destructors must invoke `Nefarious`' destructor, and are similarly poisoned by its poor behavior:
18968         class Innocent_bystander {
18969             Nefarious member;     // oops, poisons the enclosing class's destructor
18970             // ...
18971         };
18973         void test(string& s)
18974         {
18975             Innocent_bystander i; // more trouble brewing
18976             string copy2 = s;      // copy the string
18977         } // destroy copy and then i
18979     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`.
18981 3. You can't reliably create global or static `Nefarious` objects either:
18984         static Nefarious n;       // oops, any destructor exception can't be caught
18986 4. You can't reliably create arrays of `Nefarious`:
18989         void test()
18990         {
18991             std::array<Nefarious, 10> arr; // this line can std::terminate(!)
18992         }
18994     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.
18996 5. You can't use `Nefarious` objects in standard containers:
18999         std::vector<Nefarious> vec(10);   // this line can std::terminate()
19001     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.
19003 ##### Note
19005 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.
19007 Consider the following advice and requirements found in the C++ Standard:
19009 > If a destructor called during stack unwinding exits with an exception, terminate is called (15.5.1). So destructors should generally catch exceptions and not let them propagate out of the destructor. --[\[C++03\]](#C++03) §15.2(3)
19011 > No destructor operation defined in the C++ Standard Library (including the destructor of any type that is used to instantiate a standard library template) will throw an exception. --[\[C++03\]](#C++03) §17.4.4.8(3)
19013 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.
19014 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`:
19016     T& T::operator=(const T& other) {
19017         auto temp = other;
19018         swap(temp);
19019     }
19021 (See also Item 56. ???)
19023 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).
19025 When using exceptions as your error handling mechanism, always document this behavior by declaring these functions `noexcept`. (See Item 75.)
19027 **References**: [\[C++CS\]](#C++CS) Item 51; [\[C++03\]](#C++03) §15.2(3), §17.4.4.8(3), [\[Meyers96\]](#Meyers96) §11, [\[Stroustrup00\]](#Stroustrup00) §14.4.7, §E.2-4, [\[Sutter00\]](#Sutter00) §8, §16, [\[Sutter02\]](#Sutter02) §18-19
19029 ## <a name="Sd-consistent"></a>Define Copy, move, and destroy consistently
19031 ##### Reason
19033  ???
19035 ##### Note
19037 If you define a copy constructor, you must also define a copy assignment operator.
19039 ##### Note
19041 If you define a move constructor, you must also define a move assignment operator.
19043 ##### Example
19045     class X {
19046         // ...
19047     public:
19048         X(const X&) { /* stuff */ }
19050         // BAD: failed to also define a copy assignment operator
19052         X(x&&) { /* stuff */ }
19054         // BAD: failed to also define a move assignment operator
19055     };
19057     X x1;
19058     X x2 = x1; // ok
19059     x2 = x1;   // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
19061 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.
19063     class X {
19064         HANDLE hnd;
19065         // ...
19066     public:
19067         ~X() { /* custom stuff, such as closing hnd */ }
19068         // suspicious: no mention of copying or moving -- what happens to hnd?
19069     };
19071     X x1;
19072     X x2 = x1; // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
19073     x2 = x1;   // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
19075 If you define copying, and any base or member has a type that defines a move operation, you should also define a move operation.
19077     class X {
19078         string s; // defines more efficient move operations
19079         // ... other data members ...
19080     public:
19081         X(const X&) { /* stuff */ }
19082         X& operator=(const X&) { /* stuff */ }
19084         // BAD: failed to also define a move construction and move assignment
19085         // (why wasn't the custom "stuff" repeated here?)
19086     };
19088     X test()
19089     {
19090         X local;
19091         // ...
19092         return local;  // pitfall: will be inefficient and/or do the wrong thing
19093     }
19095 If you define any of the copy constructor, copy assignment operator, or destructor, you probably should define the others.
19097 ##### Note
19099 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:
19101 * 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.)
19102 * 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.
19103 * If you explicitly write the destructor, you probably need to explicitly write or disable copying: If you have to write a nontrivial destructor, it's often because you need to manually release a resource that the object held. If so, it is likely that those resources require careful duplication, and then you need to pay attention to the way objects are copied and assigned, or disable copying completely.
19105 In many cases, holding properly encapsulated resources using RAII "owning" objects can eliminate the need to write these operations yourself. (See Item 13.)
19107 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.
19109 **Exceptions**: When any of the special functions are declared only to make them nonpublic or virtual, but without special semantics, it doesn't imply that the others are needed.
19110 In rare cases, classes that have members of strange types (such as reference members) are an exception because they have peculiar copy semantics.
19111 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.)
19113 **References**: [\[C++CS\]](#C++CS) Item 52; [\[Cline99\]](#Cline99) §30.01-14, [\[Koenig97\]](#Koenig97) §4, [\[Stroustrup00\]](#Stroustrup00) §5.5, §10.4, [\[SuttHysl04b\]](#SuttHysl04b)
19115 Resource management rule summary:
19117 * [Provide strong resource safety; that is, never leak anything that you think of as a resource](#Cr-safety)
19118 * [Never throw while holding a resource not owned by a handle](#Cr-never)
19119 * [A "raw" pointer or reference is never a resource handle](#Cr-raw)
19120 * [Never let a pointer outlive the object it points to](#Cr-outlive)
19121 * [Use templates to express containers (and other resource handles)](#Cr-templates)
19122 * [Return containers by value (relying on move or copy elision for efficiency)](#Cr-value-return)
19123 * [If a class is a resource handle, it needs a constructor, a destructor, and copy and/or move operations](#Cr-handle)
19124 * [If a class is a container, give it an initializer-list constructor](#Cr-list)
19126 ### <a name="Cr-safety"></a>Provide strong resource safety; that is, never leak anything that you think of as a resource
19128 ##### Reason
19130 Prevent leaks. Leaks can lead to performance degradation, mysterious error, system crashes, and security violations.
19132 **Alternative formulation**: Have every resource represented as an object of some class managing its lifetime.
19134 ##### Example
19136     template<class T>
19137     class Vector {
19138     // ...
19139     private:
19140         T* elem;   // sz elements on the free store, owned by the class object
19141         int sz;
19142     };
19144 This class is a resource handle. It manages the lifetime of the `T`s. To do so, `Vector` must define or delete [the set of special operations](???) (constructors, a destructor, etc.).
19146 ##### Example
19148     ??? "odd" non-memory resource ???
19150 ##### Enforcement
19152 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.
19154 ### <a name="Cr-never"></a>Never throw while holding a resource not owned by a handle
19156 ##### Reason
19158 That would be a leak.
19160 ##### Example
19162     void f(int i)
19163     {
19164         FILE* f = fopen("a file", "r");
19165         ifstream is { "another file" };
19166         // ...
19167         if (i == 0) return;
19168         // ...
19169         fclose(f);
19170     }
19172 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:
19174     void f(int i)
19175     {
19176         unique_ptr<FILE, int(*)(FILE*)> f(fopen("a file", "r"), fclose);
19177         // ...
19178         if (i == 0) return;
19179         // ...
19180     }
19182 Better:
19184     void f(int i)
19185     {
19186         ifstream input {"a file"};
19187         // ...
19188         if (i == 0) return;
19189         // ...
19190     }
19192 ##### Enforcement
19194 A checker must consider all "naked pointers" suspicious.
19195 A checker probably must rely on a human-provided list of resources.
19196 For starters, we know about the standard-library containers, `string`, and smart pointers.
19197 The use of `span` and `string_span` should help a lot (they are not resource handles).
19199 ### <a name="Cr-raw"></a>A "raw" pointer or reference is never a resource handle
19201 ##### Reason
19203 To be able to distinguish owners from views.
19205 ##### Note
19207 This is independent of how you "spell" pointer: `T*`, `T&`, `Ptr<T>` and `Range<T>` are not owners.
19209 ### <a name="Cr-outlive"></a>Never let a pointer outlive the object it points to
19211 ##### Reason
19213 To avoid extremely hard-to-find errors. Dereferencing such a pointer is undefined behavior and could lead to violations of the type system.
19215 ##### Example
19217     string* bad()   // really bad
19218     {
19219         vector<string> v = { "This", "will", "cause", "trouble", "!" };
19220         // leaking a pointer into a destroyed member of a destroyed object (v)
19221         return &v[0];
19222     }
19224     void use()
19225     {
19226         string* p = bad();
19227         vector<int> xx = {7, 8, 9};
19228         // undefined behavior: x may not be the string "This"
19229         string x = *p;
19230         // undefined behavior: we don't know what (if anything) is allocated a location p
19231         *p = "Evil!";
19232     }
19234 The `string`s of `v` are destroyed upon exit from `bad()` and so is `v` itself. The returned pointer points to unallocated memory on the free store. This memory (pointed into by `p`) may have been reallocated by the time `*p` is executed. There may be no `string` to read and a write through `p` could easily corrupt objects of unrelated types.
19236 ##### Enforcement
19238 Most compilers already warn about simple cases and has the information to do more. Consider any pointer returned from a function suspect. Use containers, resource handles, and views (e.g., `span` known not to be resource handles) to lower the number of cases to be examined. For starters, consider every class with a destructor as resource handle.
19240 ### <a name="Cr-templates"></a>Use templates to express containers (and other resource handles)
19242 ##### Reason
19244 To provide statically type-safe manipulation of elements.
19246 ##### Example
19248     template<typename T> class Vector {
19249         // ...
19250         T* elem;   // point to sz elements of type T
19251         int sz;
19252     };
19254 ### <a name="Cr-value-return"></a>Return containers by value (relying on move or copy elision for efficiency)
19256 ##### Reason
19258 To simplify code and eliminate a need for explicit memory management. To bring an object into a surrounding scope, thereby extending its lifetime. See also [F.20, the general item about "out" output values](#Rf-out).
19260 ##### Example
19262     vector<int> get_large_vector()
19263     {
19264         return ...;
19265     }
19267     auto v = get_large_vector(); //  return by value is ok, most modern compilers will do copy elision
19269 ##### Exception
19271 See the Exceptions in [F.20](#Rf-out).
19273 ##### Enforcement
19275 Check for pointers and references returned from functions and see if they are assigned to resource handles (e.g., to a `unique_ptr`).
19277 ### <a name="Cr-handle"></a>If a class is a resource handle, it needs a constructor, a destructor, and copy and/or move operations
19279 ##### Reason
19281 To provide complete control of the lifetime of the resource. To provide a coherent set of operations on the resource.
19283 ##### Example
19285     ??? Messing with pointers
19287 ##### Note
19289 If all members are resource handles, rely on the default special operations where possible.
19291     template<typename T> struct Named {
19292         string name;
19293         T value;
19294     };
19296 Now `Named` has a default constructor, a destructor, and efficient copy and move operations, provided `T` has.
19298 ##### Enforcement
19300 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.
19302 ### <a name="Cr-list"></a>If a class is a container, give it an initializer-list constructor
19304 ##### Reason
19306 It is common to need an initial set of elements.
19308 ##### Example
19310     template<typename T> class Vector {
19311     public:
19312         Vector(std::initializer_list<T>);
19313         // ...
19314     };
19316     Vector<string> vs { "Nygaard", "Ritchie" };
19318 ##### Enforcement
19320 When is a class a container? ???
19322 # <a name="S-glossary"></a>Glossary
19324 A relatively informal definition of terms used in the guidelines
19325 (based of the glossary in [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html))
19327 More information on many topics about C++ can be found on the [Standard C++ Foundation](https://isocpp.org)'s site. 
19329 * *ABI*: Application Binary Interface, a specification for a specific hardware platform combined with the operating system. Contrast with API.
19330 * *abstract class*: a class that cannot be directly used to create objects; often used to define an interface to derived classes.
19331   A class is made abstract by having a pure virtual function or only protected constructors.
19332 * *abstraction*: a description of something that selectively and deliberately ignores (hides) details (e.g., implementation details); selective ignorance.
19333 * *address*: a value that allows us to find an object in a computer's memory.
19334 * *algorithm*: a procedure or formula for solving a problem; a finite series of computational steps to produce a result.
19335 * *alias*: an alternative way of referring to an object; often a name, pointer, or reference.
19336 * *API*: Application Programming Interface, a set of methods that form the communication between various software components. Contrast with ABI.
19337 * *application*: a program or a collection of programs that is considered an entity by its users.
19338 * *approximation*: something (e.g., a value or a design) that is close to the perfect or ideal (value or design).
19339   Often an approximation is a result of trade-offs among ideals.
19340 * *argument*: a value passed to a function or a template, in which it is accessed through a parameter.
19341 * *array*: a homogeneous sequence of elements, usually numbered, e.g., \[0:max).
19342 * *assertion*: a statement inserted into a program to state (assert) that something must always be true at this point in the program.
19343 * *base class*: a class used as the base of a class hierarchy. Typically a base class has one or more virtual functions.
19344 * *bit*: the basic unit of information in a computer. A bit can have the value 0 or the value 1.
19345 * *bug*: an error in a program.
19346 * *byte*: the basic unit of addressing in most computers. Typically, a byte holds 8 bits.
19347 * *class*: a user-defined type that may contain data members, function members, and member types.
19348 * *code*: a program or a part of a program; ambiguously used for both source code and object code.
19349 * *compiler*: a program that turns source code into object code.
19350 * *complexity*: a hard-to-precisely-define notion or measure of the difficulty of constructing a solution to a problem or of the solution itself.
19351   Sometimes complexity is used to (simply) mean an estimate of the number of operations needed to execute an algorithm.
19352 * *computation*: the execution of some code, usually taking some input and producing some output.
19353 * *concept*: (1) a notion, and idea; (2) a set of requirements, usually for a template argument.
19354 * *concrete class*: class for which objects can be created.
19355 * *constant*: a value that cannot be changed (in a given scope); not mutable.
19356 * *constructor*: an operation that initializes ("constructs") an object.
19357   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).
19358 * *container*: an object that holds elements (other objects).
19359 * *copy*: an operation that makes two object have values that compare equal. See also move.
19360 * *correctness*: a program or a piece of a program is correct if it meets its specification.
19361   Unfortunately, a specification can be incomplete or inconsistent, or can fail to meet users' reasonable expectations.
19362   Thus, to produce acceptable code, we sometimes have to do more than just follow the formal specification.
19363 * *cost*: the expense (e.g., in programmer time, run time, or space) of producing a program or of executing it.
19364   Ideally, cost should be a function of complexity.
19365 * *customization point*: ???
19366 * *data*: values used in a computation.
19367 * *debugging*: the act of searching for and removing errors from a program; usually far less systematic than testing.
19368 * *declaration*: the specification of a name with its type in a program.
19369 * *definition*: a declaration of an entity that supplies all information necessary to complete a program using the entity.
19370   Simplified definition: a declaration that allocates memory.
19371 * *derived class*: a class derived from one or more base classes.
19372 * *design*: an overall description of how a piece of software should operate to meet its specification.
19373 * *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.
19374 * *encapsulation*: protecting something meant to be private (e.g., implementation details) from unauthorized access.
19375 * *error*: a mismatch between reasonable expectations of program behavior (often expressed as a requirement or a users' guide) and what a program actually does.
19376 * *executable*: a program ready to be run (executed) on a computer.
19377 * *feature creep*: a tendency to add excess functionality to a program "just in case."
19378 * *file*: a container of permanent information in a computer.
19379 * *floating-point number*: a computer's approximation of a real number, such as 7.93 and 10.78e-3.
19380 * *function*: a named unit of code that can be invoked (called) from different parts of a program; a logical unit of computation.
19381 * *generic programming*: a style of programming focused on the design and efficient implementation of algorithms.
19382   A generic algorithm will work for all argument types that meet its requirements. In C++, generic programming typically uses templates.
19383 * *global variable*: technically, a named object in namespace scope.
19384 * *handle*: a class that allows access to another through a member pointer or reference. See also resource, copy, move.
19385 * *header*: a file containing declarations used to share interfaces between parts of a program.
19386 * *hiding*: the act of preventing a piece of information from being directly seen or accessed.
19387   For example, a name from a nested (inner) scope can prevent that same name from an outer (enclosing) scope from being directly used.
19388 * *ideal*: the perfect version of something we are striving for. Usually we have to make trade-offs and settle for an approximation.
19389 * *implementation*: (1) the act of writing and testing code; (2) the code that implements a program.
19390 * *infinite loop*: a loop where the termination condition never becomes true. See iteration.
19391 * *infinite recursion*: a recursion that doesn't end until the machine runs out of memory to hold the calls.
19392   In reality, such recursion is never infinite but is terminated by some hardware error.
19393 * *information hiding*: the act of separating interface and implementation, thus hiding implementation details not meant for the user's attention and providing an abstraction.
19394 * *initialize*: giving an object its first (initial) value.
19395 * *input*: values used by a computation (e.g., function arguments and characters typed on a keyboard).
19396 * *integer*: a whole number, such as 42 and -99.
19397 * *interface*: a declaration or a set of declarations specifying how a piece of code (such as a function or a class) can be called.
19398 * *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.
19399 * *iteration*: the act of repeatedly executing a piece of code; see recursion.
19400 * *iterator*: an object that identifies an element of a sequence.
19401 * *ISO*: International Organization for Standardization. The C++ language is an ISO standard, ISO/IEC 14882. More information at [iso.org](iso.org).
19402 * *library*: a collection of types, functions, classes, etc. implementing a set of facilities (abstractions) meant to be potentially used as part of more that one program.
19403 * *lifetime*: the time from the initialization of an object until it becomes unusable (goes out of scope, is deleted, or the program terminates).
19404 * *linker*: a program that combines object code files and libraries into an executable program.
19405 * *literal*: a notation that directly specifies a value, such as 12 specifying the integer value "twelve."
19406 * *loop*: a piece of code executed repeatedly; in C++, typically a for-statement or a while-statement.
19407 * *move*: an operation that transfers a value from one object to another leaving behind a value representing "empty." See also copy.
19408 * *mutable*: changeable; the opposite of immutable, constant, and invariable.
19409 * *object*: (1) an initialized region of memory of a known type which holds a value of that type; (2) a region of memory.
19410 * *object code*: output from a compiler intended as input for a linker (for the linker to produce executable code).
19411 * *object file*: a file containing object code.
19412 * *object-oriented programming*: (OOP) a style of programming focused on the design and use of classes and class hierarchies.
19413 * *operation*: something that can perform some action, such as a function and an operator.
19414 * *output*: values produced by a computation (e.g., a function result or lines of characters written on a screen).
19415 * *overflow*: producing a value that cannot be stored in its intended target.
19416 * *overload*: defining two functions or operators with the same name but different argument (operand) types.
19417 * *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.
19418 * *owner*: an object responsible for releasing a resource.
19419 * *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.
19420 * *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.
19421 * *pointer*: (1) a value used to identify a typed object in memory; (2) a variable holding such a value.
19422 * *post-condition*: a condition that must hold upon exit from a piece of code, such as a function or a loop.
19423 * *pre-condition*: a condition that must hold upon entry into a piece of code, such as a function or a loop.
19424 * *program*: code (possibly with associated data) that is sufficiently complete to be executed by a computer.
19425 * *programming*: the art of expressing solutions to problems as code.
19426 * *programming language*: a language for expressing programs.
19427 * *pseudo code*: a description of a computation written in an informal notation rather than a programming language.
19428 * *pure virtual function*: a virtual function that must be overridden in a derived class.
19429 * *RAII*: ("Resource Acquisition Is Initialization") a basic technique for resource management based on scopes.
19430 * *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.
19431 * *recursion*: the act of a function calling itself; see also iteration.
19432 * *reference*: (1) a value describing the location of a typed value in memory; (2) a variable holding such a value.
19433 * *regular expression*: a notation for patterns in character strings.
19434 * *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.
19435 * *resource*: something that is acquired and must later be released, such as a file handle, a lock, or memory. See also handle, owner.
19436 * *rounding*: conversion of a value to the mathematically nearest value of a less precise type.
19437 * *RTTI*: Run-Time Type Information. ???
19438 * *scope*: the region of program text (source code) in which a name can be referred to.
19439 * *sequence*: elements that can be visited in a linear order.
19440 * *software*: a collection of pieces of code and associated data; often used interchangeably with program.
19441 * *source code*: code as produced by a programmer and (in principle) readable by other programmers.
19442 * *source file*: a file containing source code.
19443 * *specification*: a description of what a piece of code should do.
19444 * *standard*: an officially agreed upon definition of something, such as a programming language.
19445 * *state*: a set of values.
19446 * *STL*: the containers, iterators, and algorithms part of the standard library.
19447 * *string*: a sequence of characters.
19448 * *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.
19449 * *subtype*: derived type; a type that has all the properties of a type and possibly more.
19450 * *supertype*: base type; a type that has a subset of the properties of a type.
19451 * *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.
19452 * *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. 
19453 * *template*: a class or a function parameterized by one or more types or (compile-time) values; the basic C++ language construct supporting generic programming.
19454 * *testing*: a systematic search for errors in a program.
19455 * *trade-off*: the result of balancing several design and implementation criteria.
19456 * *truncation*: loss of information in a conversion from a type into another that cannot exactly represent the value to be converted.
19457 * *type*: something that defines a set of possible values and a set of operations for an object.
19458 * *uninitialized*: the (undefined) state of an object before it is initialized.
19459 * *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.
19460 * *use case*: a specific (typically simple) use of a program meant to test its functionality and demonstrate its purpose.
19461 * *value*: a set of bits in memory interpreted according to a type.
19462 * *variable*: a named object of a given type; contains a value unless uninitialized.
19463 * *virtual function*: a member function that can be overridden in a derived class.
19464 * *word*: a basic unit of memory in a computer, often the unit used to hold an integer.
19466 # <a name="S-unclassified"></a>To-do: Unclassified proto-rules
19468 This is our to-do list.
19469 Eventually, the entries will become rules or parts of rules.
19470 Alternatively, we will decide that no change is needed and delete the entry.
19472 * No long-distance friendship
19473 * Should physical design (what's in a file) and large-scale design (libraries, groups of libraries) be addressed?
19474 * Namespaces
19475 * Don't place using directives in headers
19476 * Avoid using directives in the global scope (except for std, and other "fundamental" namespaces (e.g. experimental))
19477 * 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?
19478 * Should there be inline namespaces (à la `std::literals::*_literals`)?
19479 * Avoid implicit conversions
19480 * 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
19481 * Always initialize variables, use initialization lists for member variables.
19482 * 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. :)
19483 * Use `const`-ness wherever possible: member functions, variables and (yippee) `const_iterators`
19484 * Use `auto`
19485 * `(size)` vs. `{initializers}` vs. `{Extent{size}}`
19486 * Don't overabstract
19487 * Never pass a pointer down the call stack
19488 * falling through a function bottom
19489 * 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?
19490 * 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?
19491 * Speaking of lambdas, what would weigh in on the decision between lambdas and (local?) classes in algorithm calls and other callback scenarios?
19492 * 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?
19493 * What to do with leaks out of temporaries? : `p = (s1 + s2).c_str();`
19494 * pointer/iterator invalidation leading to dangling pointers:
19496         void bad()
19497         {
19498             int* p = new int[700];
19499             int* q = &p[7];
19500             delete p;
19502             vector<int> v(700);
19503             int* q2 = &v[7];
19504             v.resize(900);
19506             // ... use q and q2 ...
19507         }
19509 * LSP
19510 * private inheritance vs/and membership
19511 * avoid static class members variables (race conditions, almost-global variables)
19513 * Use RAII lock guards (`lock_guard`, `unique_lock`, `shared_lock`), never call `mutex.lock` and `mutex.unlock` directly (RAII)
19514 * Prefer non-recursive locks (often used to work around bad reasoning, overhead)
19515 * 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`?
19516 * If two or more mutexes must be acquired at the same time, use `std::lock` (or another deadlock avoidance algorithm?)
19517 * 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.
19518 * 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)
19519 * 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)
19520 * 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)
19522 * rules for arithmetic
19524 # Bibliography
19526 * <a name="Alexandrescu01"></a>
19527   \[Alexandrescu01]:  A. Alexandrescu. Modern C++ Design (Addison-Wesley, 2001).
19528 * <a name="Cplusplus03"></a>
19529   \[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).
19530 * <a name="CplusplusCS"></a>
19531   \[C++CS]:
19532 * <a name="Cargill92"></a>
19533   \[Cargill92]:       T. Cargill. C++ Programming Style (Addison-Wesley, 1992).
19534 * <a name="Cline99"></a>
19535   \[Cline99]:         M. Cline, G. Lomow, and M. Girou. C++ FAQs (2ndEdition) (Addison-Wesley, 1999).
19536 * <a name="Dewhurst03"></a>
19537   \[Dewhurst03]:      S. Dewhurst. C++ Gotchas (Addison-Wesley, 2003).
19538 * <a name="Henricson97"></a>
19539   \[Henricson97]:     M. Henricson and E. Nyquist. Industrial Strength C++ (Prentice Hall, 1997).
19540 * <a name="Koenig97"></a>
19541   \[Koenig97]:        A. Koenig and B. Moo. Ruminations on C++ (Addison-Wesley, 1997).
19542 * <a name="Lakos96"></a>
19543   \[Lakos96]:         J. Lakos. Large-Scale C++ Software Design (Addison-Wesley, 1996).
19544 * <a name="Meyers96"></a>
19545   \[Meyers96]:        S. Meyers. More Effective C++ (Addison-Wesley, 1996).
19546 * <a name="Meyers97"></a>
19547   \[Meyers97]:        S. Meyers. Effective C++ (2nd Edition) (Addison-Wesley, 1997).
19548 * <a name="Meyers15"></a>
19549   \[Meyers15]:        S. Meyers. Effective Modern C++ (O'Reilly, 2015).
19550 * <a name="Murray93"></a>
19551   \[Murray93]:        R. Murray. C++ Strategies and Tactics (Addison-Wesley, 1993).
19552 * <a name="Stroustrup00"></a>
19553   \[Stroustrup00]:    B. Stroustrup. The C++ Programming Language (Special 3rdEdition) (Addison-Wesley, 2000).
19554 * <a name="Stroustrup05"></a>
19555   \[Stroustrup05]:    B. Stroustrup. [A rationale for semantically enhanced library languages](http://www.stroustrup.com/SELLrationale.pdf).
19556 * <a name="Stroustrup13"></a>
19557   \[Stroustrup13]:    B. Stroustrup. [The C++ Programming Language (4th Edition)](http://www.stroustrup.com/4th.html). Addison Wesley 2013.
19558 * <a name="Stroustrup14"></a>
19559   \[Stroustrup14]:    B. Stroustrup. [A Tour of C++](http://www.stroustrup.com/Tour.html).
19560   Addison Wesley 2014.
19561 * <a name="SuttHysl04b"></a>
19562   \[SuttHysl04b]:     H. Sutter and J. Hyslop. "Collecting Shared Objects" (C/C++ Users Journal, 22(8), August 2004).
19563 * <a name="SuttAlex05"></a>
19564   \[SuttAlex05]:      H. Sutter and  A. Alexandrescu. C++ Coding Standards. Addison-Wesley 2005.
19565 * <a name="Sutter00"></a>
19566   \[Sutter00]:        H. Sutter. Exceptional C++ (Addison-Wesley, 2000).
19567 * <a name="Sutter02"></a>
19568   \[Sutter02]:        H. Sutter. More Exceptional C++ (Addison-Wesley, 2002).
19569 * <a name="Sutter04"></a>
19570   \[Sutter04]:        H. Sutter. Exceptional C++ Style (Addison-Wesley, 2004).
19571 * <a name="Taligent94"></a>
19572   \[Taligent94]: Taligent's Guide to Designing Programs (Addison-Wesley, 1994).