Update glossary per issue 820
[CppCoreGuidelines.git] / CppCoreGuidelines.md
blobd33f41a2aabf6b87d2253570af2c733316b94d82
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 ##### Example
1869 The standard-library `merge()` is at the limit of what we can comfortably handle
1871     template<class InputIterator1, class InputIterator2, class OutputIterator, class Compare>
1872     OutputIterator merge(InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,
1873                          InputIterator2 first2, InputIterator2 last2,
1874                          OutputIterator result, Compare comp);
1876 Here, we have four template arguments and six function arguments.
1877 To simplify the most frequent and simplest uses, the comparison argument can be defaulted to `<`:
1879     template<class InputIterator1, class InputIterator2, class OutputIterator>
1880     OutputIterator merge(InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,
1881                          InputIterator2 first2, InputIterator2 last2,
1882                          OutputIterator result);
1884 This doesn't reduce the total complexity, but it reduces the surface complexity presented to many users.
1885 To really reduce the number of arguments, we need to bundle the arguments into higher-level abstractions:
1887     template<class InputRange1, class InputRange2, class OutputIterator>
1888     OutputIterator merge(InputRange1 r1, InputRange2 r2, OutputIterator result);
1890 Grouping arguments into "bundles" is a general technique to reduce the number of arguments and to increase the opportunities for checking.
1892 Alternatively, we could use concepts (as defined by the ISO TS) to define the notion of three types that must be usable for merging:
1894     Mergeable{In1 In2, Out}
1895     OutputIterator merge(In1 r1, In2 r2, Out result);
1897 ##### Note
1899 How many arguments are too many? Try to use less than Four arguments.
1900 There are functions that are best expressed with four individual arguments, but not many.
1902 **Alternative**: Group arguments into meaningful objects and pass the objects (by value or by reference).
1904 **Alternative**: Use default arguments or overloads to allow the most common forms of calls to be done with fewer arguments.
1906 ##### Enforcement
1908 * Warn when a function declares two iterators (including pointers) of the same type instead of a range or a view.
1909 * (Not enforceable) This is a philosophical guideline that is infeasible to check directly.
1911 ### <a name="Ri-unrelated"></a>I.24: Avoid adjacent unrelated parameters of the same type
1913 ##### Reason
1915 Adjacent arguments of the same type are easily swapped by mistake.
1917 ##### Example, bad
1919 Consider:
1921     void copy_n(T* p, T* q, int n);  // copy from [p:p+n) to [q:q+n)
1923 This is a nasty variant of a K&R C-style interface. It is easy to reverse the "to" and "from" arguments.
1925 Use `const` for the "from" argument:
1927     void copy_n(const T* p, T* q, int n);  // copy from [p:p+n) to [q:q+n)
1929 ##### Exception
1931 If the order of the parameters is not important, there is no problem:
1933     int max(int a, int b);
1935 ##### Alternative
1937 Don't pass arrays as pointers, pass an object representing a range (e.g., a `span`):
1939     void copy_n(span<const T> p, span<T> q);  // copy from p to q
1941 ##### Alternative
1943 Define a `struct` as the parameter type and name the fields for those parameters accordingly:
1945     struct SystemParams {
1946         string config_file;
1947         string output_path;
1948         seconds timeout;
1949     };
1950     void initialize(SystemParams p);
1952 This tends to make invocations of this clear to future readers, as the parameters
1953 are often filled in by name at the call site.
1955 ##### Enforcement
1957 (Simple) Warn if two consecutive parameters share the same type.
1959 ### <a name="Ri-abstract"></a>I.25: Prefer abstract classes as interfaces to class hierarchies
1961 ##### Reason
1963 Abstract classes are more likely to be stable than base classes with state.
1965 ##### Example, bad
1967 You just knew that `Shape` would turn up somewhere :-)
1969     class Shape {  // bad: interface class loaded with data
1970     public:
1971         Point center() const { return c; }
1972         virtual void draw() const;
1973         virtual void rotate(int);
1974         // ...
1975     private:
1976         Point c;
1977         vector<Point> outline;
1978         Color col;
1979     };
1981 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:
1983     class Shape {    // better: Shape is a pure interface
1984     public:
1985         virtual Point center() const = 0;   // pure virtual function
1986         virtual void draw() const = 0;
1987         virtual void rotate(int) = 0;
1988         // ...
1989         // ... no data members ...
1990     };
1992 ##### Enforcement
1994 (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.
1996 ### <a name="Ri-abi"></a>I.26: If you want a cross-compiler ABI, use a C-style subset
1998 ##### Reason
2000 Different compilers implement different binary layouts for classes, exception handling, function names, and other implementation details.
2002 ##### Exception
2004 You can carefully craft an interface using a few carefully selected higher-level C++ types. See ???.
2006 ##### Exception
2008 Common ABIs are emerging on some platforms freeing you from the more draconian restrictions.
2010 ##### Note
2012 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.
2014 ##### Enforcement
2016 (Not enforceable) It is difficult to reliably identify where an interface forms part of an ABI.
2018 # <a name="S-functions"></a>F: Functions
2020 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.
2022 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.
2023 Functions are the most critical part in most interfaces, so see the interface rules.
2025 Function rule summary:
2027 Function definition rules:
2029 * [F.1: "Package" meaningful operations as carefully named functions](#Rf-package)
2030 * [F.2: A function should perform a single logical operation](#Rf-logical)
2031 * [F.3: Keep functions short and simple](#Rf-single)
2032 * [F.4: If a function may have to be evaluated at compile time, declare it `constexpr`](#Rf-constexpr)
2033 * [F.5: If a function is very small and time-critical, declare it inline](#Rf-inline)
2034 * [F.6: If your function may not throw, declare it `noexcept`](#Rf-noexcept)
2035 * [F.7: For general use, take `T*` or `T&` arguments rather than smart pointers](#Rf-smart)
2036 * [F.8: Prefer pure functions](#Rf-pure)
2037 * [F.9: Unused parameters should be unnamed](#Rf-unused)
2039 Parameter passing expression rules:
2041 * [F.15: Prefer simple and conventional ways of passing information](#Rf-conventional)
2042 * [F.16: For "in" parameters, pass cheaply-copied types by value and others by reference to `const`](#Rf-in)
2043 * [F.17: For "in-out" parameters, pass by reference to non-`const`](#Rf-inout)
2044 * [F.18: For "consume" parameters, pass by `X&&` and `std::move` the parameter](#Rf-consume)
2045 * [F.19: For "forward" parameters, pass by `TP&&` and only `std::forward` the parameter](#Rf-forward)
2046 * [F.20: For "out" output values, prefer return values to output parameters](#Rf-out)
2047 * [F.21: To return multiple "out" values, prefer returning a tuple or struct](#Rf-out-multi)
2048 * [F.60: Prefer `T*` over `T&` when "no argument" is a valid option](#Rf-ptr-ref)
2050 Parameter passing semantic rules:
2052 * [F.22: Use `T*` or `owner<T*>` or a smart pointer to designate a single object](#Rf-ptr)
2053 * [F.23: Use a `not_null<T>` to indicate "null" is not a valid value](#Rf-nullptr)
2054 * [F.24: Use a `span<T>` or a `span_p<T>` to designate a half-open sequence](#Rf-range)
2055 * [F.25: Use a `zstring` or a `not_null<zstring>` to designate a C-style string](#Rf-string)
2056 * [F.26: Use a `unique_ptr<T>` to transfer ownership where a pointer is needed](#Rf-unique_ptr)
2057 * [F.27: Use a `shared_ptr<T>` to share ownership](#Rf-shared_ptr)
2059 Value return semantic rules:
2061 * [F.42: Return a `T*` to indicate a position (only)](#Rf-return-ptr)
2062 * [F.43: Never (directly or indirectly) return a pointer or a reference to a local object](#Rf-dangle)
2063 * [F.44: Return a `T&` when copy is undesirable and "returning no object" isn't an option](#Rf-return-ref)
2064 * [F.45: Don't return a `T&&`](#Rf-return-ref-ref)
2065 * [F.46: `int` is the return type for `main()`](#Rf-main)
2066 * [F.47: Return `T&` from assignment operators.](#Rf-assignment-op)
2068 Other function rules:
2070 * [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)
2071 * [F.51: Where there is a choice, prefer default arguments over overloading](#Rf-default-args)
2072 * [F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms](#Rf-reference-capture)
2073 * [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)
2074 * [F.54: If you capture `this`, capture all variables explicitly (no default capture)](#Rf-this-capture)
2076 Functions have strong similarities to lambdas and function objects so see also Section ???.
2078 ## <a name="SS-fct-def"></a>F.def: Function definitions
2080 A function definition is a function declaration that also specifies the function's implementation, the function body.
2082 ### <a name="Rf-package"></a>F.1: "Package" meaningful operations as carefully named functions
2084 ##### Reason
2086 Factoring out common code makes code more readable, more likely to be reused, and limit errors from complex code.
2087 If something is a well-specified action, separate it out from its surrounding code and give it a name.
2089 ##### Example, don't
2091     void read_and_print(istream& is)    // read and print an int
2092     {
2093         int x;
2094         if (is >> x)
2095             cout << "the int is " << x << '\n';
2096         else
2097             cerr << "no int on input\n";
2098     }
2100 Almost everything is wrong with `read_and_print`.
2101 It reads, it writes (to a fixed `ostream`), it writes error messages (to a fixed `ostream`), it handles only `int`s.
2102 There is nothing to reuse, logically separate operations are intermingled and local variables are in scope after the end of their logical use.
2103 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
2104 mess could become hard to understand.
2106 ##### Note
2108 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.
2110 ##### Example
2112     sort(a, b, [](T x, T y) { return x.rank() < y.rank() && x.value() < y.value(); });
2114 Naming that lambda breaks up the expression into its logical parts and provides a strong hint to the meaning of the lambda.
2116     auto lessT = [](T x, T y) { return x.rank() < y.rank() && x.value() < y.value(); };
2118     sort(a, b, lessT);
2119     find_if(a, b, lessT);
2121 The shortest code is not always the best for performance or maintainability.
2123 ##### Exception
2125 Loop bodies, including lambdas used as loop bodies, rarely need to be named.
2126 However, large loop bodies (e.g., dozens of lines or dozens of pages) can be a problem.
2127 The rule [Keep functions short](#Rf-single) implies "Keep loop bodies short."
2128 Similarly, lambdas used as callback arguments are sometimes non-trivial, yet unlikely to be re-usable.
2130 ##### Enforcement
2132 * See [Keep functions short](#Rf-single)
2133 * Flag identical and very similar lambdas used in different places.
2135 ### <a name="Rf-logical"></a>F.2: A function should perform a single logical operation
2137 ##### Reason
2139 A function that performs a single operation is simpler to understand, test, and reuse.
2141 ##### Example
2143 Consider:
2145     void read_and_print()    // bad
2146     {
2147         int x;
2148         cin >> x;
2149         // check for errors
2150         cout << x << "\n";
2151     }
2153 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:
2155     int read(istream& is)    // better
2156     {
2157         int x;
2158         is >> x;
2159         // check for errors
2160         return x;
2161     }
2163     void print(ostream& os, int x)
2164     {
2165         os << x << "\n";
2166     }
2168 These can now be combined where needed:
2170     void read_and_print()
2171     {
2172         auto x = read(cin);
2173         print(cout, x);
2174     }
2176 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:
2178     auto read = [](auto& input, auto& value)    // better
2179     {
2180         input >> value;
2181         // check for errors
2182     };
2184     auto print(auto& output, const auto& value)
2185     {
2186         output << value << "\n";
2187     }
2189 ##### Enforcement
2191 * Consider functions with more than one "out" parameter suspicious. Use return values instead, including `tuple` for multiple return values.
2192 * Consider "large" functions that don't fit on one editor screen suspicious. Consider factoring such a function into smaller well-named suboperations.
2193 * Consider functions with 7 or more parameters suspicious.
2195 ### <a name="Rf-single"></a>F.3: Keep functions short and simple
2197 ##### Reason
2199 Large functions are hard to read, more likely to contain complex code, and more likely to have variables in larger than minimal scopes.
2200 Functions with complex control structures are more likely to be long and more likely to hide logical errors
2202 ##### Example
2204 Consider:
2206     double simpleFunc(double val, int flag1, int flag2)
2207         // simpleFunc: takes a value and calculates the expected ASIC output,
2208         // given the two mode flags.
2209     {
2210         double intermediate;
2211         if (flag1 > 0) {
2212             intermediate = func1(val);
2213             if (flag2 % 2)
2214                  intermediate = sqrt(intermediate);
2215         }
2216         else if (flag1 == -1) {
2217             intermediate = func1(-val);
2218             if (flag2 % 2)
2219                  intermediate = sqrt(-intermediate);
2220             flag1 = -flag1;
2221         }
2222         if (abs(flag2) > 10) {
2223             intermediate = func2(intermediate);
2224         }
2225         switch (flag2 / 10) {
2226             case 1: if (flag1 == -1) return finalize(intermediate, 1.171);
2227                     break;
2228             case 2: return finalize(intermediate, 13.1);
2229             default: break;
2230         }
2231         return finalize(intermediate, 0.);
2232     }
2234 This is too complex (and long).
2235 How would you know if all possible alternatives have been correctly handled?
2236 Yes, it breaks other rules also.
2238 We can refactor:
2240     double func1_muon(double val, int flag)
2241     {
2242         // ???
2243     }
2245     double funct1_tau(double val, int flag1, int flag2)
2246     {
2247         // ???
2248     }
2250     double simpleFunc(double val, int flag1, int flag2)
2251         // simpleFunc: takes a value and calculates the expected ASIC output,
2252         // given the two mode flags.
2253     {
2254         if (flag1 > 0)
2255             return func1_muon(val, flag2);
2256         if (flag1 == -1)
2257             // handled by func1_tau: flag1 = -flag1;
2258             return func1_tau(-val, flag1, flag2);
2259         return 0.;
2260     }
2262 ##### Note
2264 "It doesn't fit on a screen" is often a good practical definition of "far too large."
2265 One-to-five-line functions should be considered normal.
2267 ##### Note
2269 Break large functions up into smaller cohesive and named functions.
2270 Small simple functions are easily inlined where the cost of a function call is significant.
2272 ##### Enforcement
2274 * Flag functions that do not "fit on a screen."
2275   How big is a screen? Try 60 lines by 140 characters; that's roughly the maximum that's comfortable for a book page.
2276 * Flag functions that are too complex. How complex is too complex?
2277   You could use cyclomatic complexity. Try "more than 10 logical path through." Count a simple switch as one path.
2279 ### <a name="Rf-constexpr"></a>F.4: If a function may have to be evaluated at compile time, declare it `constexpr`
2281 ##### Reason
2283  `constexpr` is needed to tell the compiler to allow compile-time evaluation.
2285 ##### Example
2287 The (in)famous factorial:
2289     constexpr int fac(int n)
2290     {
2291         constexpr int max_exp = 17;      // constexpr enables max_exp to be used in Expects
2292         Expects(0 <= n && n < max_exp);  // prevent silliness and overflow
2293         int x = 1;
2294         for (int i = 2; i <= n; ++i) x *= i;
2295         return x;
2296     }
2298 This is C++14.
2299 For C++11, use a recursive formulation of `fac()`.
2301 ##### Note
2303 `constexpr` does not guarantee compile-time evaluation;
2304 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.
2306     constexpr int min(int x, int y) { return x < y ? x : y; }
2308     void test(int v)
2309     {
2310         int m1 = min(-1, 2);            // probably compile-time evaluation
2311         constexpr int m2 = min(-1, 2);  // compile-time evaluation
2312         int m3 = min(-1, v);            // run-time evaluation
2313         constexpr int m4 = min(-1, v);  // error: cannot evaluate at compile-time
2314     }
2316 ##### Note
2318 `constexpr` functions are pure: they can have no side effects.
2320     int dcount = 0;
2321     constexpr int double(int v)
2322     {
2323         ++dcount;   // error: attempted side effect from constexpr function
2324         return v + v;
2325     }
2327 This is usually a very good thing.
2329 When given a non-constant argument, a `constexpr` function can throw.
2330 If you consider exiting by throwing a side-effect, a `constexpr` function isn't completely pure;
2331 if not, this is not an issue.
2332 ??? A question for the committee: can a constructor for an exception thrown by a `constexpr` function modify state?
2333 "No" would be a nice answer that matches most practice.
2335 ##### Note
2337 Don't try to make all functions `constexpr`.
2338 Most computation is best done at run time.
2340 ##### Note
2342 Any API that may eventually depend on high-level runtime configuration or
2343 business logic should not be made `constexpr`. Such customization can not be
2344 evaluated by the compiler, and any `constexpr` functions that depended upon 
2345 that API would have to be refactored or drop `constexpr`.
2347 ##### Enforcement
2349 Impossible and unnecessary.
2350 The compiler gives an error if a non-`constexpr` function is called where a constant is required.
2352 ### <a name="Rf-inline"></a>F.5: If a function is very small and time-critical, declare it `inline`
2354 ##### Reason
2356 Some optimizers are good at inlining without hints from the programmer, but don't rely on it.
2357 Measure! Over the last 40 years or so, we have been promised compilers that can inline better than humans without hints from humans.
2358 We are still waiting.
2359 Specifying `inline` encourages the compiler to do a better job.
2361 ##### Example
2363     inline string cat(const string& s, const string& s2) { return s + s2; }
2365 ##### Exception
2367 Do not put an `inline` function in what is meant to be a stable interface unless you are certain that it will not change.
2368 An inline function is part of the ABI.
2370 ##### Note
2372 `constexpr` implies `inline`.
2374 ##### Note
2376 Member functions defined in-class are `inline` by default.
2378 ##### Exception
2380 Template functions (incl. template member functions) must be in headers and therefore inline.
2382 ##### Enforcement
2384 Flag `inline` functions that are more than three statements and could have been declared out of line (such as class member functions).
2386 ### <a name="Rf-noexcept"></a>F.6: If your function may not throw, declare it `noexcept`
2388 ##### Reason
2390 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.
2392 ##### Example
2394 Put `noexcept` on every function written completely in C or in any other language without exceptions.
2395 The C++ standard library does that implicitly for all functions in the C standard library.
2397 ##### Note
2399 `constexpr` functions can throw when evaluated at run time, so you may need `noexcept` for some of those.
2401 ##### Example
2403 You can use `noexcept` even on functions that can throw:
2405     vector<string> collect(istream& is) noexcept
2406     {
2407         vector<string> res;
2408         for (string s; is >> s;)
2409             res.push_back(s);
2410         return res;
2411     }
2413 If `collect()` runs out of memory, the program crashes.
2414 Unless the program is crafted to survive memory exhaustion, that may be just the right thing to do;
2415 `terminate()` may generate suitable error log information (but after memory runs out it is hard to do anything clever).
2417 ##### Note
2419 You must be aware of the execution environment that your code is running when
2420 deciding whether to tag a function `noexcept`, especially because of the issue
2421 of throwing and allocation.  Code that is intended to be perfectly general (like
2422 the standard library and other utility code of that sort) needs to support
2423 environments where a `bad_alloc` exception may be handled meaningfully.
2424 However, most programs and execution environments cannot meaningfully
2425 handle a failure to allocate, and aborting the program is the cleanest and
2426 simplest response to an allocation failure in those cases.  If you know that
2427 your application code cannot respond to an allocation failure, it may be
2428 appropriate to add `noexcept` even on functions that allocate.
2430 Put another way: In most programs, most functions can throw (e.g., because they
2431 use `new`, call functions that do, or use library functions that reports failure
2432 by throwing), so don't just sprinkle `noexcept` all over the place without
2433 considering whether the possible exceptions can be handled.
2435 `noexcept` is most useful (and most clearly correct) for frequently used,
2436 low-level functions.
2438 ##### Note
2440 Destructors, `swap` functions, move operations, and default constructors should never throw.
2442 ##### Enforcement
2444 * Flag functions that are not `noexcept`, yet cannot throw.
2445 * Flag throwing `swap`, `move`, destructors, and default constructors.
2447 ### <a name="Rf-smart"></a>F.7: For general use, take `T*` or `T&` arguments rather than smart pointers
2449 ##### Reason
2451 Passing a smart pointer transfers or shares ownership and should only be used when ownership semantics are intended (see [R.30](#Rr-smartptrparam)).
2452 Passing by smart pointer restricts the use of a function to callers that use smart pointers.
2453 Passing a shared smart pointer (e.g., `std::shared_ptr`) implies a run-time cost.
2455 ##### Example
2457     // accepts any int*
2458     void f(int*);
2460     // can only accept ints for which you want to transfer ownership
2461     void g(unique_ptr<int>);
2463     // can only accept ints for which you are willing to share ownership
2464     void g(shared_ptr<int>);
2466     // doesn't change ownership, but requires a particular ownership of the caller
2467     void h(const unique_ptr<int>&);
2469     // accepts any int
2470     void h(int&);
2472 ##### Example, bad
2474     // callee
2475     void f(shared_ptr<widget>& w)
2476     {
2477         // ...
2478         use(*w); // only use of w -- the lifetime is not used at all
2479         // ...
2480     };
2482 See further in [R.30](#Rr-smartptrparam).
2484 ##### Note
2486 We can catch dangling pointers statically, so we don't need to rely on resource management to avoid violations from dangling pointers.
2488 **See also**: [when to prefer `T*` and when to prefer `T&`](#Rf-ptr-ref).
2490 **See also**: Discussion of [smart pointer use](#Rr-summary-smartptrs).
2492 ##### Enforcement
2494 Flag a parameter of a smart pointer type (a type that overloads `operator->` or `operator*`) for which the ownership semantics are not used;
2495 that is
2497 * copyable but never copied/moved from or movable but never moved
2498 * and that is never modified or passed along to another function that could do so.
2500 ### <a name="Rf-pure"></a>F.8: Prefer pure functions
2502 ##### Reason
2504 Pure functions are easier to reason about, sometimes easier to optimize (and even parallelize), and sometimes can be memoized.
2506 ##### Example
2508     template<class T>
2509     auto square(T t) { return t * t; }
2511 ##### Note
2513 `constexpr` functions are pure.
2515 When given a non-constant argument, a `constexpr` function can throw.
2516 If you consider exiting by throwing a side-effect, a `constexpr` function isn't completely pure;
2517 if not, this is not an issue.
2518 ??? A question for the committee: can a constructor for an exception thrown by a `constexpr` function modify state?
2519 "No" would be a nice answer that matches most practice.
2521 ##### Enforcement
2523 Not possible.
2525 ### <a name="Rf-unused"></a>F.9: Unused parameters should be unnamed
2527 ##### Reason
2529 Readability.
2530 Suppression of unused parameter warnings.
2532 ##### Example
2534     X* find(map<Blob>& m, const string& s, Hint);   // once upon a time, a hint was used
2536 ##### Note
2538 Allowing parameters to be unnamed was introduced in the early 1980 to address this problem.
2540 ##### Enforcement
2542 Flag named unused parameters.
2544 ## <a name="SS-call"></a>F.call: Parameter passing
2546 There are a variety of ways to pass parameters to a function and to return values.
2548 ### <a name="Rf-conventional"></a>F.15: Prefer simple and conventional ways of passing information
2550 ##### Reason
2552 Using "unusual and clever" techniques causes surprises, slows understanding by other programmers, and encourages bugs.
2553 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.
2555 The following tables summarize the advice in the following Guidelines, F.16-21.
2557 Normal parameter passing:
2559 ![Normal parameter passing table](./param-passing-normal.png "Normal parameter passing")
2561 Advanced parameter passing:
2563 ![Advanced parameter passing table](./param-passing-advanced.png "Advanced parameter passing")
2565 Use the advanced techniques only after demonstrating need, and document that need in a comment.
2567 ### <a name="Rf-in"></a>F.16: For "in" parameters, pass cheaply-copied types by value and others by reference to `const`
2569 ##### Reason
2571 Both let the caller know that a function will not modify the argument, and both allow initialization by rvalues.
2573 What is "cheap to copy" depends on the machine architecture, but two or three words (doubles, pointers, references) are usually best passed by value.
2574 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.
2576 ##### Example
2578     void f1(const string& s);  // OK: pass by reference to const; always cheap
2580     void f2(string s);         // bad: potentially expensive
2582     void f3(int x);            // OK: Unbeatable
2584     void f4(const int& x);     // bad: overhead on access in f4()
2586 For advanced uses (only), where you really need to optimize for rvalues passed to "input-only" parameters:
2588 * If the function is going to unconditionally move from the argument, take it by `&&`. See [F.18](#Rf-consume).
2589 * If the function is going to keep a copy of the argument, in addition to passing by `const&` (for lvalues),
2590   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).
2591 * In special cases, such as multiple "input + copy" parameters, consider using perfect forwarding. See [F.19](#Rf-forward).
2593 ##### Example
2595     int multiply(int, int); // just input ints, pass by value
2597     // suffix is input-only but not as cheap as an int, pass by const&
2598     string& concatenate(string&, const string& suffix);
2600     void sink(unique_ptr<widget>);  // input only, and consumes the widget
2602 Avoid "esoteric techniques" such as:
2604 * Passing arguments as `T&&` "for efficiency".
2605   Most rumors about performance advantages from passing by `&&` are false or brittle (but see [F.25](#Rf-pass-ref-move).)
2606 * Returning `const T&` from assignments and similar operations (see [F.47](#Rf-assignment-op).)
2608 ##### Example
2610 Assuming that `Matrix` has move operations (possibly by keeping its elements in a `std::vector`):
2612     Matrix operator+(const Matrix& a, const Matrix& b)
2613     {
2614         Matrix res;
2615         // ... fill res with the sum ...
2616         return res;
2617     }
2619     Matrix x = m1 + m2;  // move constructor
2621     y = m3 + m3;         // move assignment
2623 ##### Notes
2625 The return value optimization doesn't handle the assignment case, but the move assignment does.
2627 A reference may be assumed to refer to a valid object (language rule).
2628 There is no (legitimate) "null reference."
2629 If you need the notion of an optional value, use a pointer, `std::optional`, or a special value used to denote "no value."
2631 ##### Enforcement
2633 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a parameter being passed by value has a size greater than `4 * sizeof(int)`.
2634   Suggest using a reference to `const` instead.
2635 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a `const` parameter being passed by reference has a size less than `3 * sizeof(int)`. Suggest passing by value instead.
2636 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a `const` parameter being passed by reference is `move`d.
2638 ### <a name="Rf-inout"></a>F.17: For "in-out" parameters, pass by reference to non-`const`
2640 ##### Reason
2642 This makes it clear to callers that the object is assumed to be modified.
2644 ##### Example
2646     void update(Record& r);  // assume that update writes to r
2648 ##### Note
2650 A `T&` argument can pass information into a function as well as well as out of it.
2651 Thus `T&` could be an in-out-parameter. That can in itself be a problem and a source of errors:
2653     void f(string& s)
2654     {
2655         s = "New York";  // non-obvious error
2656     }
2658     void g()
2659     {
2660         string buffer = ".................................";
2661         f(buffer);
2662         // ...
2663     }
2665 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).
2666 A bad logic error can happen if the writer of `g()` incorrectly assumes the size of the `buffer`.
2668 ##### Enforcement
2670 * (Moderate) ((Foundation)) Warn about functions regarding reference to non-`const` parameters that do *not* write to them.
2671 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a non-`const` parameter being passed by reference is `move`d.
2673 ### <a name="Rf-consume"></a>F.18: For "consume" parameters, pass by `X&&` and `std::move` the parameter
2675 ##### Reason
2677 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.
2679 ##### Example
2681     void sink(vector<int>&& v) {   // sink takes ownership of whatever the argument owned
2682         // usually there might be const accesses of v here
2683         store_somewhere(std::move(v));
2684         // usually no more use of v here; it is moved-from
2685     }
2687 Note that the `std::move(v)` makes it possible for `store_somewhere()` to leave `v` in a moved-from state.
2688 [That could be dangerous](#Rc-move-semantic).
2691 ##### Exception
2693 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.
2695 For example:
2697     template <class T>
2698     void sink(std::unique_ptr<T> p) {
2699         // use p ... possibly std::move(p) onward somewhere else
2700     }   // p gets destroyed
2702 ##### Enforcement
2704 * Flag all `X&&` parameters (where `X` is not a template type parameter name) where the function body uses them without `std::move`.
2705 * Flag access to moved-from objects.
2706 * Don't conditionally move from objects
2708 ### <a name="Rf-forward"></a>F.19: For "forward" parameters, pass by `TP&&` and only `std::forward` the parameter
2710 ##### Reason
2712 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.
2714 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.
2716 ##### Example
2718     template <class F, class... Args>
2719     inline auto invoke(F f, Args&&... args) {
2720         return f(forward<Args>(args)...);
2721     }
2723     ??? calls ???
2725 ##### Enforcement
2727 * 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.
2729 ### <a name="Rf-out"></a>F.20: For "out" output values, prefer return values to output parameters
2731 ##### Reason
2733 A return value is self-documenting, whereas a `&` could be either in-out or out-only and is liable to be misused.
2735 This includes large objects like standard containers that use implicit move operations for performance and to avoid explicit memory management.
2737 If you have multiple values to return, [use a tuple](#Rf-out-multi) or similar multi-member type.
2739 ##### Example
2741     // OK: return pointers to elements with the value x
2742     vector<const int*> find_all(const vector<int>&, int x);
2744     // Bad: place pointers to elements with value x in out
2745     void find_all(const vector<int>&, vector<const int*>& out, int x);
2747 ##### Note
2749 A `struct` of many (individually cheap-to-move) elements may be in aggregate expensive to move.
2751 It is not recommended to return a `const` value.
2752 Such older advice is now obsolete; it does not add value, and it interferes with move semantics.
2754     const vector<int> fct();    // bad: that "const" is more trouble than it is worth
2756     vector<int> g(const vector<int>& vx)
2757     {
2758         // ...
2759         f() = vx;   // prevented by the "const"
2760         // ...
2761         return f(); // expensive copy: move semantics suppressed by the "const"
2762     }
2764 The argument for adding `const` to a return value is that it prevents (very rare) accidental access to a temporary.
2765 The argument against is prevents (very frequent) use of move semantics.
2767 ##### Exceptions
2769 * For non-value types, such as types in an inheritance hierarchy, return the object by `unique_ptr` or `shared_ptr`.
2770 * 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).
2771 * 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).
2773 ##### Example
2775     struct Package {      // exceptional case: expensive-to-move object
2776         char header[16];
2777         char load[2024 - 16];
2778     };
2780     Package fill();       // Bad: large return value
2781     void fill(Package&);  // OK
2783     int val();            // OK
2784     void val(int&);       // Bad: Is val reading its argument
2786 ##### Enforcement
2788 * 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.
2789 * Flag returning a `const` value. To fix: Remove `const` to return a non-`const` value instead.
2791 ### <a name="Rf-out-multi"></a>F.21: To return multiple "out" values, prefer returning a tuple or struct
2793 ##### Reason
2795 A return value is self-documenting as an "output-only" value.
2796 Note that C++ does have multiple return values, by convention of using a `tuple`,
2797 possibly with the extra convenience of `tie` at the call site.
2799 ##### Example
2801     // BAD: output-only parameter documented in a comment
2802     int f(const string& input, /*output only*/ string& output_data)
2803     {
2804         // ...
2805         output_data = something();
2806         return status;
2807     }
2809     // GOOD: self-documenting
2810     tuple<int, string> f(const string& input)
2811     {
2812         // ...
2813         return make_tuple(status, something());
2814     }
2816 C++98's standard library already used this style, because a `pair` is like a two-element `tuple`.
2817 For example, given a `set<string> my_set`, consider:
2819     // C++98
2820     result = my_set.insert("Hello");
2821     if (result.second) do_something_with(result.first);    // workaround
2823 With C++11 we can write this, putting the results directly in existing local variables:
2825     Sometype iter;                                // default initialize if we haven't already
2826     Someothertype success;                        // used these variables for some other purpose
2828     tie(iter, success) = my_set.insert("Hello");   // normal return value
2829     if (success) do_something_with(iter);
2831 With C++17 we should be able to use "structured bindings" to declare and initialize the multiple variables:
2833     if (auto [ iter, success ] = my_set.insert("Hello"); success) do_something_with(iter);
2835 ##### Exception
2837 Sometimes, we need to pass an object to a function to manipulate its state.
2838 In such cases, passing the object by reference [`T&`](#Rf-inout) is usually the right technique.
2839 Explicitly passing an in-out parameter back out again as a return value is often not necessary.
2840 For example:
2842     istream& operator>>(istream& is, string& s);    // much like std::operator>>()
2844     for (string s; cin >> s; ) {
2845         // do something with line
2846     }
2848 Here, both `s` and `cin` are used as in-out parameters.
2849 We pass `cin` by (non-`const`) reference to be able to manipulate its state.
2850 We pass `s` to avoid repeated allocations.
2851 By reusing `s` (passed by reference), we allocate new memory only when we need to expand `s`'s capacity.
2852 This technique is sometimes called the "caller-allocated out" pattern and is particularly useful for types,
2853 such as `string` and `vector`, that needs to do free store allocations.
2855 To compare, if we passed out all values as return values, we would something like this:
2857     pair<istream&, string> get_string(istream& is);  // not recommended
2858     {
2859         string s;
2860         cin >> s;
2861         return {is, s};
2862     }
2864     for (auto p = get_string(cin); p.first; ) {
2865         // do something with p.second
2866     }
2868 We consider that significantly less elegant with significantly less performance.
2870 For a truly strict reading of this rule (F.21), the exception isn't really an exception because it relies on in-out parameters,
2871 rather than the plain out parameters mentioned in the rule.
2872 However, we prefer to be explicit, rather than subtle.
2874 ##### Note
2876 In many cases, it may be useful to return a specific, user-defined "Value or error" type.
2877 For example:
2879     struct
2881 The overly-generic `pair` and `tuple` should be used only when the value returned represents to independent entities rather than an abstraction.
2883 type along the lines of `variant<T, error_code>`, rather than using the generic `tuple`.
2885 ##### Enforcement
2887 * Output parameters should be replaced by return values.
2888   An output parameter is one that the function writes to, invokes a non-`const` member function, or passes on as a non-`const`.
2890 ### <a name="Rf-ptr"></a>F.22: Use `T*` or `owner<T*>` to designate a single object
2892 ##### Reason
2894 Readability: it makes the meaning of a plain pointer clear.
2895 Enables significant tool support.
2897 ##### Note
2899 In traditional C and C++ code, plain `T*` is used for many weakly-related purposes, such as:
2901 * Identify a (single) object (not to be deleted by this function)
2902 * Point to an object allocated on the free store (and delete it later)
2903 * Hold the `nullptr`
2904 * Identify a C-style string (zero-terminated array of characters)
2905 * Identify an array with a length specified separately
2906 * Identify a location in an array
2908 This makes it hard to understand what the code does and is supposed to do.
2909 It complicates checking and tool support.
2911 ##### Example
2913     void use(int* p, int n, char* s, int* q)
2914     {
2915         p[n - 1] = 666; // Bad: we don't know if p points to n elements;
2916                         // assume it does not or use span<int>
2917         cout << s;      // Bad: we don't know if that s points to a zero-terminated array of char;
2918                         // assume it does not or use zstring
2919         delete q;       // Bad: we don't know if *q is allocated on the free store;
2920                         // assume it does not or use owner
2921     }
2923 better
2925     void use2(span<int> p, zstring s, owner<int*> q)
2926     {
2927         p[p.size() - 1] = 666; // OK, a range error can be caught
2928         cout << s; // OK
2929         delete q;  // OK
2930     }
2932 ##### Note
2934 `owner<T*>` represents ownership, `zstring` represents a C-style string.
2936 **Also**: Assume that a `T*` obtained from a smart pointer to `T` (e.g., `unique_ptr<T>`) points to a single element.
2938 **See also**: [Support library](#S-gsl).
2940 ##### Enforcement
2942 * (Simple) ((Bounds)) Warn for any arithmetic operation on an expression of pointer type that results in a value of pointer type.
2944 ### <a name="Rf-nullptr"></a>F.23: Use a `not_null<T>` to indicate that "null" is not a valid value
2946 ##### Reason
2948 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.
2949 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`.
2951 ##### Example
2953 `not_null<T*>` makes it obvious to a reader (human or machine) that a test for `nullptr` is not necessary before dereference.
2954 Additionally, when debugging, `owner<T*>` and `not_null<T>` can be instrumented to check for correctness.
2956 Consider:
2958     int length(Record* p);
2960 When I call `length(p)` should I test for `p == nullptr` first? Should the implementation of `length()` test for `p == nullptr`?
2962     // it is the caller's job to make sure p != nullptr
2963     int length(not_null<Record*> p);
2965     // the implementor of length() must assume that p == nullptr is possible
2966     int length(Record* p);
2968 ##### Note
2970 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).
2972 ##### Note
2974 `not_null` is not just for built-in pointers. It works for `unique_ptr`, `shared_ptr`, and other pointer-like types.
2976 ##### Enforcement
2978 * (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.
2979 * (Simple) Error if a raw pointer is sometimes dereferenced after first being tested against `nullptr` (or equivalent) within the function and sometimes is not.
2980 * (Simple) Warn if a `not_null` pointer is tested against `nullptr` within a function.
2982 ### <a name="Rf-range"></a>F.24: Use a `span<T>` or a `span_p<T>` to designate a half-open sequence
2984 ##### Reason
2986 Informal/non-explicit ranges are a source of errors.
2988 ##### Example
2990     X* find(span<X> r, const X& v);    // find v in r
2992     vector<X> vec;
2993     // ...
2994     auto p = find({vec.begin(), vec.end()}, X{});  // find X{} in vec
2996 ##### Note
2998 Ranges are extremely common in C++ code. Typically, they are implicit and their correct use is very hard to ensure.
2999 In particular, given a pair of arguments `(p, n)` designating an array \[`p`:`p+n`),
3000 it is in general impossible to know if there really are `n` elements to access following `*p`.
3001 `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.
3003 ##### Example
3005 A `span` represents a range of elements, but how do we manipulate elements of that range?
3007     void f(span<int> s)
3008     {
3009         // range traversal (guaranteed correct)
3010         for (int x : s) cout << x << '\n';
3012         // C-style traversal (potentially checked)
3013         for (int i = 0; i < s.size(); ++i) cout << s[i] << '\n';
3015         // random access (potentially checked)
3016         s[7] = 9;
3018         // extract pointers (potentially checked)
3019         std::sort(&s[0], &s[s.size() / 2]);
3020     }
3022 ##### Note
3024 A `span<T>` object does not own its elements and is so small that it can be passed by value.
3026 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.
3028 **See also**: [Support library](#S-gsl).
3030 ##### Enforcement
3032 (Complex) Warn where accesses to pointer parameters are bounded by other parameters that are integral types and suggest they could use `span` instead.
3034 ### <a name="Rf-string"></a>F.25: Use a `zstring` or a `not_null<zstring>` to designate a C-style string
3036 ##### Reason
3038 C-style strings are ubiquitous. They are defined by convention: zero-terminated arrays of characters.
3039 We must distinguish C-style strings from a pointer to a single character or an old-fashioned pointer to an array of characters.
3041 ##### Example
3043 Consider:
3045     int length(const char* p);
3047 When I call `length(s)` should I test for `s == nullptr` first? Should the implementation of `length()` test for `p == nullptr`?
3049     // the implementor of length() must assume that p == nullptr is possible
3050     int length(zstring p);
3052     // it is the caller's job to make sure p != nullptr
3053     int length(not_null<zstring> p);
3055 ##### Note
3057 `zstring` do not represent ownership.
3059 **See also**: [Support library](#S-gsl).
3061 ### <a name="Rf-unique_ptr"></a>F.26: Use a `unique_ptr<T>` to transfer ownership where a pointer is needed
3063 ##### Reason
3065 Using `unique_ptr` is the cheapest way to pass a pointer safely.
3067 See also [C.50](#Rc-factory) regarding when to return a `shared_ptr` from a factory.
3069 ##### Example
3071     unique_ptr<Shape> get_shape(istream& is)  // assemble shape from input stream
3072     {
3073         auto kind = read_header(is); // read header and identify the next shape on input
3074         switch (kind) {
3075         case kCircle:
3076             return make_unique<Circle>(is);
3077         case kTriangle:
3078             return make_unique<Triangle>(is);
3079         // ...
3080         }
3081     }
3083 ##### Note
3085 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).
3087 ##### Enforcement
3089 (Simple) Warn if a function returns a locally-allocated raw pointer. Suggest using either `unique_ptr` or `shared_ptr` instead.
3091 ### <a name="Rf-shared_ptr"></a>F.27: Use a `shared_ptr<T>` to share ownership
3093 ##### Reason
3095 Using `std::shared_ptr` is the standard way to represent shared ownership. That is, the last owner deletes the object.
3097 ##### Example
3099     shared_ptr<const Image> im { read_image(somewhere) };
3101     std::thread t0 {shade, args0, top_left, im};
3102     std::thread t1 {shade, args1, top_right, im};
3103     std::thread t2 {shade, args2, bottom_left, im};
3104     std::thread t3 {shade, args3, bottom_right, im};
3106     // detach threads
3107     // last thread to finish deletes the image
3109 ##### Note
3111 Prefer a `unique_ptr` over a `shared_ptr` if there is never more than one owner at a time.
3112 `shared_ptr` is for shared ownership.
3114 Note that pervasive use of `shared_ptr` has a cost (atomic operations on the `shared_ptr`'s reference count have a measurable aggregate cost).
3116 ##### Alternative
3118 Have a single object own the shared object (e.g. a scoped object) and destroy that (preferably implicitly) when all users have completed.
3120 ##### Enforcement
3122 (Not enforceable) This is a too complex pattern to reliably detect.
3124 ### <a name="Rf-ptr-ref"></a>F.60: Prefer `T*` over `T&` when "no argument" is a valid option
3126 ##### Reason
3128 A pointer (`T*`) can be a `nullptr` and a reference (`T&`) cannot, there is no valid "null reference".
3129 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.
3131 ##### Example
3133     string zstring_to_string(zstring p) // zstring is a char*; that is a C-style string
3134     {
3135         if (p == nullptr) return string{};    // p might be nullptr; remember to check
3136         return string{p};
3137     }
3139     void print(const vector<int>& r)
3140     {
3141         // r refers to a vector<int>; no check needed
3142     }
3144 ##### Note
3146 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;`).
3147 That error is very uncommon.
3149 ##### Note
3151 If you prefer the pointer notation (`->` and/or `*` vs. `.`), `not_null<T*>` provides the same guarantee as `T&`.
3153 ##### Enforcement
3155 * Flag ???
3157 ### <a name="Rf-return-ptr"></a>F.42: Return a `T*` to indicate a position (only)
3159 ##### Reason
3161 That's what pointers are good for.
3162 Returning a `T*` to transfer ownership is a misuse.
3164 ##### Example
3166     Node* find(Node* t, const string& s)  // find s in a binary tree of Nodes
3167     {
3168         if (t == nullptr || t->name == s) return t;
3169         if ((auto p = find(t->left, s))) return p;
3170         if ((auto p = find(t->right, s))) return p;
3171         return nullptr;
3172     }
3174 If it isn't the `nullptr`, the pointer returned by `find` indicates a `Node` holding `s`.
3175 Importantly, that does not imply a transfer of ownership of the pointed-to object to the caller.
3177 ##### Note
3179 Positions can also be transferred by iterators, indices, and references.
3180 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](???).
3182 ##### Note
3184 Do not return a pointer to something that is not in the caller's scope; see [F.43](#Rf-dangle).
3186 **See also**: [discussion of dangling pointer prevention](#???).
3188 ##### Enforcement
3190 * Flag `delete`, `std::free()`, etc. applied to a plain `T*`.
3191 Only owners should be deleted.
3192 * Flag `new`, `malloc()`, etc. assigned to a plain `T*`.
3193 Only owners should be responsible for deletion.
3195 ### <a name="Rf-dangle"></a>F.43: Never (directly or indirectly) return a pointer or a reference to a local object
3197 ##### Reason
3199 To avoid the crashes and data corruption that can result from the use of such a dangling pointer.
3201 ##### Example, bad
3203 After the return from a function its local objects no longer exist:
3205     int* f()
3206     {
3207         int fx = 9;
3208         return &fx;  // BAD
3209     }
3211     void g(int* p)   // looks innocent enough
3212     {
3213         int gx;
3214         cout << "*p == " << *p << '\n';
3215         *p = 999;
3216         cout << "gx == " << gx << '\n';
3217     }
3219     void h()
3220     {
3221         int* p = f();
3222         int z = *p;  // read from abandoned stack frame (bad)
3223         g(p);        // pass pointer to abandoned stack frame to function (bad)
3224     }
3226 Here on one popular implementation I got the output:
3228     *p == 999
3229     gx == 999
3231 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`.
3233 * Imagine what would happen if `fx` and `gx` were of different types.
3234 * Imagine what would happen if `fx` or `gx` was a type with an invariant.
3235 * Imagine what would happen if more that dangling pointer was passed around among a larger set of functions.
3236 * Imagine what a cracker could do with that dangling pointer.
3238 Fortunately, most (all?) modern compilers catch and warn against this simple case.
3240 ##### Note
3242 This applies to references as well:
3244     int& f()
3245     {
3246         int x = 7;
3247         // ...
3248         return x;  // Bad: returns reference to object that is about to be destroyed
3249     }
3251 ##### Note
3253 This applies only to non-`static` local variables.
3254 All `static` variables are (as their name indicates) statically allocated, so that pointers to them cannot dangle.
3256 ##### Example, bad
3258 Not all examples of leaking a pointer to a local variable are that obvious:
3260     int* glob;       // global variables are bad in so many ways
3262     template<class T>
3263     void steal(T x)
3264     {
3265         glob = x();  // BAD
3266     }
3268     void f()
3269     {
3270         int i = 99;
3271         steal([&] { return &i; });
3272     }
3274     int main()
3275     {
3276         f();
3277         cout << *glob << '\n';
3278     }
3280 Here I managed to read the location abandoned by the call of `f`.
3281 The pointer stored in `glob` could be used much later and cause trouble in unpredictable ways.
3283 ##### Note
3285 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.
3287 ##### Note
3289 Similar examples can be constructed "leaking" a pointer from an inner scope to an outer one;
3290 such examples are handled equivalently to leaks of pointers out of a function.
3292 A slightly different variant of the problem is placing pointers in a container that outlives the objects pointed to.
3294 **See also**: Another way of getting dangling pointers is [pointer invalidation](#???).
3295 It can be detected/prevented with similar techniques.
3297 ##### Enforcement
3299 * Compilers tend to catch return of reference to locals and could in many cases catch return of pointers to locals.
3300 * Static analysis can catch many common patterns of the use of pointers indicating positions (thus eliminating dangling pointers)
3302 ### <a name="Rf-return-ref"></a>F.44: Return a `T&` when copy is undesirable and "returning no object" isn't needed
3304 ##### Reason
3306 The language guarantees that a `T&` refers to an object, so that testing for `nullptr` isn't necessary.
3308 **See also**: The return of a reference must not imply transfer of ownership:
3309 [discussion of dangling pointer prevention](#???) and [discussion of ownership](#???).
3311 ##### Example
3313     class Car
3314     {
3315         array<wheel, 4> w;
3316         // ...
3317     public:
3318         wheel& get_wheel(size_t i) { Expects(i < 4); return w[i]; }
3319         // ...
3320     };
3322     void use()
3323     {
3324         Car c;
3325         wheel& w0 = c.get_wheel(0); // w0 has the same lifetime as c
3326     }
3328 ##### Enforcement
3330 Flag functions where no `return` expression could yield `nullptr`
3332 ### <a name="Rf-return-ref-ref"></a>F.45: Don't return a `T&&`
3334 ##### Reason
3336 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 ???.
3338 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&&`).
3340 ##### Example, bad
3342 If `F` returns by value, this function returns a reference to a temporary.
3344     template<class F>
3345     auto&& wrapper(F f)
3346     {
3347         log_call(typeid(f)); // or whatever instrumentation
3348         return f();
3349     }
3351 ##### Example, good
3353 Better:
3355     template<class F>
3356     auto wrapper(F f)
3357     {
3358         log_call(typeid(f)); // or whatever instrumentation
3359         return f();
3360     }
3362 ##### Exception
3364 `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 `&&`.
3366 ##### Enforcement
3368 Flag any use of `&&` as a return type, except in `std::move` and `std::forward`.
3370 ### <a name="Rf-main"></a>F.46: `int` is the return type for `main()`
3372 ##### Reason
3374 It's a language rule, but violated through "language extensions" so often that it is worth mentioning.
3375 Declaring `main` (the one global `main` of a program) `void` limits portability.
3377 ##### Example
3379         void main() { /* ... */ };  // bad, not C++
3381         int main()
3382         {
3383             std::cout << "This is the way to do it\n";
3384         }
3386 ##### Note
3388 We mention this only because of the persistence of this error in the community.
3390 ##### Enforcement
3392 * The compiler should do it
3393 * If the compiler doesn't do it, let tools flag it
3395 ### <a name="Rf-assignment-op"></a>F.47: Return `T&` from assignment operators
3397 ##### Reason
3399 The convention for operator overloads (especially on value types) is for
3400 `operator=(const T&)` to perform the assignment and then return (non-const)
3401 `*this`.  This ensures consistency with standard library types and follows the
3402 principle of "do as the ints do."
3404 ##### Note
3406 Historically there was some guidance to make the assignment operator return `const T&`.
3407 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.
3409 ##### Example
3411     class Foo
3412     {
3413      public:
3414         ...
3415         Foo& operator=(const Foo& rhs) {
3416           // Copy members.
3417           ...
3418           return *this;
3419         }
3420     };
3422 ##### Enforcement
3424 This should be enforced by tooling by checking the return type (and return
3425 value) of any assignment operator.
3427 ### <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)
3429 ##### Reason
3431 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.
3433 ##### Example
3435     // writing a function that should only take an int or a string
3436     // -- overloading is natural
3437     void f(int);
3438     void f(const string&);
3440     // writing a function object that needs to capture local state and appear
3441     // at statement or expression scope -- a lambda is natural
3442     vector<work> v = lots_of_work();
3443     for (int tasknum = 0; tasknum < max; ++tasknum) {
3444         pool.run([=, &v]{
3445             /*
3446             ...
3447             ... process 1 / max - th of v, the tasknum - th chunk
3448             ...
3449             */
3450         });
3451     }
3452     pool.join();
3454 ##### Exception
3456 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.
3458 ##### Enforcement
3460 * 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.
3462 ### <a name="Rf-default-args"></a>F.51: Where there is a choice, prefer default arguments over overloading
3464 ##### Reason
3466 Default arguments simply provides alternative interfaces to a single implementation.
3467 There is no guarantee that a set of overloaded functions all implement the same semantics.
3468 The use of default arguments can avoid code replication.
3470 ##### Note
3472 There is a choice between using default argument and overloading when the alternatives are from a set of arguments of the same types.
3473 For example:
3475     void print(const string& s, format f = {});
3477 as opposed to
3479     void print(const string& s);  // use default format
3480     void print(const string& s, format f);
3482 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:
3484     void print(const char&);
3485     void print(int);
3486     void print(zstring);
3488 ##### See also
3491 [Default arguments for virtual functions](#Rh-virtual-default-arg)
3493 ##### Enforcement
3495     ???
3497 ### <a name="Rf-reference-capture"></a>F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms
3499 ##### Reason
3501 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.
3503 ##### Example
3505 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.
3507     void send_packets(buffers& bufs)
3508     {
3509         stage encryptor([] (buffer& b){ encrypt(b); });
3510         stage compressor([&](buffer& b){ compress(b); encryptor.process(b); });
3511         stage decorator([&](buffer& b){ decorate(b); compressor.process(b); });
3512         for (auto& b : bufs) { decorator.process(b); }
3513     }  // automatically blocks waiting for pipeline to finish
3515 ##### Enforcement
3519 ### <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
3521 ##### Reason
3523 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.
3525 ##### Example, bad
3527     int local = 42;
3529     // Want a reference to local.
3530     // Note, that after program exits this scope,
3531     // local no longer exists, therefore
3532     // process() call will have undefined behavior!
3533     thread_pool.queue_work([&]{ process(local); });
3535 ##### Example, good
3537     int local = 42;
3538     // Want a copy of local.
3539     // Since a copy of local is made, it will
3540     // always be available for the call.
3541     thread_pool.queue_work([=]{ process(local); });
3543 ##### Enforcement
3545 * (Simple) Warn when capture-list contains a reference to a locally declared variable
3546 * (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
3548 ### <a name="Rf-this-capture"></a>F.54: If you capture `this`, capture all variables explicitly (no default capture)
3550 ##### Reason
3552 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.
3554 ##### Example
3556     class My_class {
3557         int x = 0;
3558         // ...
3560         void f() {
3561             int i = 0;
3562             // ...
3564             auto lambda = [=]{ use(i, x); };   // BAD: "looks like" copy/value capture
3565             // [&] has identical semantics and copies the this pointer under the current rules
3566             // [=,this] and [&,this] are not much better, and confusing
3568             x = 42;
3569             lambda(); // calls use(42);
3570             x = 43;
3571             lambda(); // calls use(43);
3573             // ...
3575             auto lambda2 = [i, this]{ use(i, x); }; // ok, most explicit and least confusing
3577             // ...
3578         }
3579     };
3581 ##### Note
3583 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.
3585 ##### Enforcement
3587 * Flag any lambda capture-list that specifies a default capture and also captures `this` (whether explicitly or via default capture)
3589 # <a name="S-class"></a>C: Classes and Class Hierarchies
3591 A class is a user-defined type, for which a programmer can define the representation, operations, and interfaces.
3592 Class hierarchies are used to organize related classes into hierarchical structures.
3594 Class rule summary:
3596 * [C.1: Organize related data into structures (`struct`s or `class`es)](#Rc-org)
3597 * [C.2: Use `class` if the class has an invariant; use `struct` if the data members can vary independently](#Rc-struct)
3598 * [C.3: Represent the distinction between an interface and an implementation using a class](#Rc-interface)
3599 * [C.4: Make a function a member only if it needs direct access to the representation of a class](#Rc-member)
3600 * [C.5: Place helper functions in the same namespace as the class they support](#Rc-helper)
3601 * [C.7: Don't define a class or enum and declare a variable of its type in the same statement](#Rc-standalone)
3602 * [C.8: Use `class` rather than `struct` if any member is non-public](#Rc-class)
3603 * [C.9: Minimize exposure of members](#Rc-private)
3605 Subsections:
3607 * [C.concrete: Concrete types](#SS-concrete)
3608 * [C.ctor: Constructors, assignments, and destructors](#S-ctor)
3609 * [C.con: Containers and other resource handles](#SS-containers)
3610 * [C.lambdas: Function objects and lambdas](#SS-lambdas)
3611 * [C.hier: Class hierarchies (OOP)](#SS-hier)
3612 * [C.over: Overloading and overloaded operators](#SS-overload)
3613 * [C.union: Unions](#SS-union)
3615 ### <a name="Rc-org"></a>C.1: Organize related data into structures (`struct`s or `class`es)
3617 ##### Reason
3619 Ease of comprehension. If data is related (for fundamental reasons), that fact should be reflected in code.
3621 ##### Example
3623     void draw(int x, int y, int x2, int y2);  // BAD: unnecessary implicit relationships
3624     void draw(Point from, Point to);          // better
3626 ##### Note
3628 A simple class without virtual functions implies no space or time overhead.
3630 ##### Note
3632 From a language perspective `class` and `struct` differ only in the default visibility of their members.
3634 ##### Enforcement
3636 Probably impossible. Maybe a heuristic looking for data items used together is possible.
3638 ### <a name="Rc-struct"></a>C.2: Use `class` if the class has an invariant; use `struct` if the data members can vary independently
3640 ##### Reason
3642 Readability.
3643 Ease of comprehension.
3644 The use of `class` alerts the programmer to the need for an invariant.
3645 This is a useful convention.
3647 ##### Note
3649 An invariant is a logical condition for the members of an object that a constructor must establish for the public member functions to assume.
3650 After the invariant is established (typically by a constructor) every member function can be called for the object.
3651 An invariant can be stated informally (e.g., in a comment) or more formally using `Expects`.
3653 If all data members can vary independently of each other, no invariant is possible.
3655 ##### Example
3657     struct Pair {  // the members can vary independently
3658         string name;
3659         int volume;
3660     };
3662 but:
3664     class Date {
3665     public:
3666         // validate that {yy, mm, dd} is a valid date and initialize
3667         Date(int yy, Month mm, char dd);
3668         // ...
3669     private:
3670         int y;
3671         Month m;
3672         char d;    // day
3673     };
3675 ##### Note
3677 If a class has any `private` data, a user cannot completely initialize an object without the use of a constructor.
3678 Hence, the class definer will provide a constructor and must specify its meaning.
3679 This effectively means the definer need to define an invariant.
3681 * See also [define a class with private data as `class`](#Rc-class).
3682 * See also [Prefer to place the interface first in a class](#Rl-order).
3683 * See also [minimize exposure of members](#Rc-private).
3684 * See also [Avoid `protected` data](#Rh-protected).
3686 ##### Enforcement
3688 Look for `struct`s with all data private and `class`es with public members.
3690 ### <a name="Rc-interface"></a>C.3: Represent the distinction between an interface and an implementation using a class
3692 ##### Reason
3694 An explicit distinction between interface and implementation improves readability and simplifies maintenance.
3696 ##### Example
3698     class Date {
3699         // ... some representation ...
3700     public:
3701         Date();
3702         // validate that {yy, mm, dd} is a valid date and initialize
3703         Date(int yy, Month mm, char dd);
3705         int day() const;
3706         Month month() const;
3707         // ...
3708     };
3710 For example, we can now change the representation of a `Date` without affecting its users (recompilation is likely, though).
3712 ##### Note
3714 Using a class in this way to represent the distinction between interface and implementation is of course not the only way.
3715 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.
3716 The most important issue is to explicitly distinguish between an interface and its implementation "details."
3717 Ideally, and typically, an interface is far more stable than its implementation(s).
3719 ##### Enforcement
3723 ### <a name="Rc-member"></a>C.4: Make a function a member only if it needs direct access to the representation of a class
3725 ##### Reason
3727 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.
3729 ##### Example
3731     class Date {
3732         // ... relatively small interface ...
3733     };
3735     // helper functions:
3736     Date next_weekday(Date);
3737     bool operator==(Date, Date);
3739 The "helper functions" have no need for direct access to the representation of a `Date`.
3741 ##### Note
3743 This rule becomes even better if C++ gets ["uniform function call"](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0251r0.pdf).
3745 ##### Exception
3747 The language requires `virtual` functions to be members, and not all `virtual` functions directly access data.
3748 In particular, members of an abstract class rarely do.
3750 Note [multi-methods](https://parasol.tamu.edu/~yuriys/papers/OMM10.pdf).
3752 ##### Exception
3754 The language requires operators `=`, `()`, `[]`, and `->` to be members.
3756 ###### Exception
3758 An overload set may have some members that do not directly access `private` data:
3760     class Foobar {
3761         void foo(int x)    { /* manipulate private data */ }
3762         void foo(double x) { foo(std::round(x)); }
3763         // ...
3764     private:
3765         // ...
3766     };
3768 Similarly, a set of functions may be designed to be used in a chain:
3770     x.scale(0.5).rotate(45).set_color(Color::red);
3772 Typically, some but not all of such functions directly access `private` data.
3774 ##### Enforcement
3776 * Look for non-`virtual` member functions that do not touch data members directly.
3777 The snag is that many member functions that do not need to touch data members directly do.
3778 * Ignore `virtual` functions.
3779 * Ignore functions that are part of an overload set out of which at least one function accesses `private` members.
3780 * Ignore functions returning `this`.
3782 ### <a name="Rc-helper"></a>C.5: Place helper functions in the same namespace as the class they support
3784 ##### Reason
3786 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.
3787 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.
3789 ##### Example
3791     namespace Chrono { // here we keep time-related services
3793         class Time { /* ... */ };
3794         class Date { /* ... */ };
3796         // helper functions:
3797         bool operator==(Date, Date);
3798         Date next_weekday(Date);
3799         // ...
3800     }
3802 ##### Note
3804 This is especially important for [overloaded operators](#Ro-namespace).
3806 ##### Enforcement
3808 * Flag global functions taking argument types from a single namespace.
3810 ### <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
3812 ##### Reason
3814 Mixing a type definition and the definition of another entity in the same declaration is confusing and unnecessary.
3816 ##### Example; bad
3818     struct Data { /*...*/ } data{ /*...*/ };
3820 ##### Example; good
3822     struct Data { /*...*/ };
3823     Data data{ /*...*/ };
3825 ##### Enforcement
3827 * Flag if the `}` of a class or enumeration definition is not followed by a `;`. The `;` is missing.
3829 ### <a name="Rc-class"></a>C.8: Use `class` rather than `struct` if any member is non-public
3831 ##### Reason
3833 Readability.
3834 To make it clear that something is being hidden/abstracted.
3835 This is a useful convention.
3837 ##### Example, bad
3839     struct Date {
3840         int d, m;
3842         Date(int i, Month m);
3843         // ... lots of functions ...
3844     private:
3845         int y;  // year
3846     };
3848 There is nothing wrong with this code as far as the C++ language rules are concerned,
3849 but nearly everything is wrong from a design perspective.
3850 The private data is hidden far from the public data.
3851 The data is split in different parts of the class declaration.
3852 Different parts of the data have different access.
3853 All of this decreases readability and complicates maintenance.
3855 ##### Note
3857 Prefer to place the interface first in a class [see](#Rl-order).
3859 ##### Enforcement
3861 Flag classes declared with `struct` if there is a `private` or `public` member.
3863 ### <a name="Rc-private"></a>C.9: Minimize exposure of members
3865 ##### Reason
3867 Encapsulation.
3868 Information hiding.
3869 Minimize the chance of untended access.
3870 This simplifies maintenance.
3872 ##### Example
3874     ???
3876 ##### Note
3878 Prefer the order `public` members before `protected` members before `private` members [see](#Rl-order).
3880 ##### Enforcement
3882 Flag protected data.
3884 ## <a name="SS-concrete"></a>C.concrete: Concrete types
3886 One ideal for a class is to be a regular type.
3887 That means roughly "behaves like an `int`." A concrete type is the simplest kind of class.
3888 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.
3889 If a concrete type has both `=` and `==`, `a = b` should result in `a == b` being `true`.
3890 Concrete classes without assignment and equality can be defined, but they are (and should be) rare.
3891 The C++ built-in types are regular, and so are standard-library classes, such as `string`, `vector`, and `map`.
3892 Concrete types are also often referred to as value types to distinguish them from types used as part of a hierarchy.
3894 Concrete type rule summary:
3896 * [C.10: Prefer concrete types over class hierarchies](#Rc-concrete)
3897 * [C.11: Make concrete types regular](#Rc-regular)
3899 ### <a name="Rc-concrete"></a>C.10 Prefer concrete types over class hierarchies
3901 ##### Reason
3903 A concrete type is fundamentally simpler than a hierarchy:
3904 easier to design, easier to implement, easier to use, easier to reason about, smaller, and faster.
3905 You need a reason (use cases) for using a hierarchy.
3907 ##### Example
3909     class Point1 {
3910         int x, y;
3911         // ... operations ...
3912         // ... no virtual functions ...
3913     };
3915     class Point2 {
3916         int x, y;
3917         // ... operations, some virtual ...
3918         virtual ~Point2();
3919     };
3921     void use()
3922     {
3923         Point1 p11 {1, 2};   // make an object on the stack
3924         Point1 p12 {p11};    // a copy
3926         auto p21 = make_unique<Point2>(1, 2);   // make an object on the free store
3927         auto p22 = p21.clone();                 // make a copy
3928         // ...
3929     }
3931 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.
3932 That implies more memory overhead, more allocations and deallocations, and more run-time overhead to perform the resulting indirections.
3934 ##### Note
3936 Concrete types can be stack allocated and be members of other classes.
3938 ##### Note
3940 The use of indirection is fundamental for run-time polymorphic interfaces.
3941 The allocation/deallocation overhead is not (that's just the most common case).
3942 We can use a base class as the interface of a scoped object of a derived class.
3943 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.
3945 ##### Enforcement
3949 ### <a name="Rc-regular"></a>C.11: Make concrete types regular
3951 ##### Reason
3953 Regular types are easier to understand and reason about than types that are not regular (irregularities requires extra effort to understand and use).
3955 ##### Example
3957     struct Bundle {
3958         string name;
3959         vector<Record> vr;
3960     };
3962     bool operator==(const Bundle& a, const Bundle& b)
3963     {
3964         return a.name == b.name && a.vr == b.vr;
3965     }
3967     Bundle b1 { "my bundle", {r1, r2, r3}};
3968     Bundle b2 = b1;
3969     if (!(b1 == b2)) error("impossible!");
3970     b2.name = "the other bundle";
3971     if (b1 == b2) error("No!");
3973 In particular, if a concrete type has an assignment also give it an equals operator so that `a = b` implies `a == b`.
3975 ##### Enforcement
3979 ## <a name="S-ctor"></a>C.ctor: Constructors, assignments, and destructors
3981 These functions control the lifecycle of objects: creation, copy, move, and destruction.
3982 Define constructors to guarantee and simplify initialization of classes.
3984 These are *default operations*:
3986 * a default constructor: `X()`
3987 * a copy constructor: `X(const X&)`
3988 * a copy assignment: `operator=(const X&)`
3989 * a move constructor: `X(X&&)`
3990 * a move assignment: `operator=(X&&)`
3991 * a destructor: `~X()`
3993 By default, the compiler defines each of these operations if it is used, but the default can be suppressed.
3995 The default operations are a set of related operations that together implement the lifecycle semantics of an object.
3996 By default, C++ treats classes as value-like types, but not all types are value-like.
3998 Set of default operations rules:
4000 * [C.20: If you can avoid defining any default operations, do](#Rc-zero)
4001 * [C.21: If you define or `=delete` any default operation, define or `=delete` them all](#Rc-five)
4002 * [C.22: Make default operations consistent](#Rc-matched)
4004 Destructor rules:
4006 * [C.30: Define a destructor if a class needs an explicit action at object destruction](#Rc-dtor)
4007 * [C.31: All resources acquired by a class must be released by the class's destructor](#Rc-dtor-release)
4008 * [C.32: If a class has a raw pointer (`T*`) or reference (`T&`), consider whether it might be owning](#Rc-dtor-ptr)
4009 * [C.33: If a class has an owning pointer member, define or `=delete` a destructor](#Rc-dtor-ptr2)
4010 * [C.34: If a class has an owning reference member, define or `=delete` a destructor](#Rc-dtor-ref)
4011 * [C.35: A base class with a virtual function needs a virtual destructor](#Rc-dtor-virtual)
4012 * [C.36: A destructor may not fail](#Rc-dtor-fail)
4013 * [C.37: Make destructors `noexcept`](#Rc-dtor-noexcept)
4015 Constructor rules:
4017 * [C.40: Define a constructor if a class has an invariant](#Rc-ctor)
4018 * [C.41: A constructor should create a fully initialized object](#Rc-complete)
4019 * [C.42: If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception](#Rc-throw)
4020 * [C.43: Ensure that a class has a default constructor](#Rc-default0)
4021 * [C.44: Prefer default constructors to be simple and non-throwing](#Rc-default00)
4022 * [C.45: Don't define a default constructor that only initializes data members; use member initializers instead](#Rc-default)
4023 * [C.46: By default, declare single-argument constructors `explicit`](#Rc-explicit)
4024 * [C.47: Define and initialize member variables in the order of member declaration](#Rc-order)
4025 * [C.48: Prefer in-class initializers to member initializers in constructors for constant initializers](#Rc-in-class-initializer)
4026 * [C.49: Prefer initialization to assignment in constructors](#Rc-initialize)
4027 * [C.50: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization](#Rc-factory)
4028 * [C.51: Use delegating constructors to represent common actions for all constructors of a class](#Rc-delegating)
4029 * [C.52: Use inheriting constructors to import constructors into a derived class that does not need further explicit initialization](#Rc-inheriting)
4031 Copy and move rules:
4033 * [C.60: Make copy assignment non-`virtual`, take the parameter by `const&`, and return by non-`const&`](#Rc-copy-assignment)
4034 * [C.61: A copy operation should copy](#Rc-copy-semantic)
4035 * [C.62: Make copy assignment safe for self-assignment](#Rc-copy-self)
4036 * [C.63: Make move assignment non-`virtual`, take the parameter by `&&`, and return by non-`const&`](#Rc-move-assignment)
4037 * [C.64: A move operation should move and leave its source in a valid state](#Rc-move-semantic)
4038 * [C.65: Make move assignment safe for self-assignment](#Rc-move-self)
4039 * [C.66: Make move operations `noexcept`](#Rc-move-noexcept)
4040 * [C.67: A base class should suppress copying, and provide a virtual `clone` instead if "copying" is desired](#Rc-copy-virtual)
4042 Other default operations rules:
4044 * [C.80: Use `=default` if you have to be explicit about using the default semantics](#Rc-eqdefault)
4045 * [C.81: Use `=delete` when you want to disable default behavior (without wanting an alternative)](#Rc-delete)
4046 * [C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors](#Rc-ctor-virtual)
4047 * [C.83: For value-like types, consider providing a `noexcept` swap function](#Rc-swap)
4048 * [C.84: A `swap` may not fail](#Rc-swap-fail)
4049 * [C.85: Make `swap` `noexcept`](#Rc-swap-noexcept)
4050 * [C.86: Make `==` symmetric with respect of operand types and `noexcept`](#Rc-eq)
4051 * [C.87: Beware of `==` on base classes](#Rc-eq-base)
4052 * [C.89: Make a `hash` `noexcept`](#Rc-hash)
4054 ## <a name="SS-defop"></a>C.defop: Default Operations
4056 By default, the language supplies the default operations with their default semantics.
4057 However, a programmer can disable or replace these defaults.
4059 ### <a name="Rc-zero"></a>C.20: If you can avoid defining default operations, do
4061 ##### Reason
4063 It's the simplest and gives the cleanest semantics.
4065 ##### Example
4067     struct Named_map {
4068     public:
4069         // ... no default operations declared ...
4070     private:
4071         string name;
4072         map<int, int> rep;
4073     };
4075     Named_map nm;        // default construct
4076     Named_map nm2 {nm};  // copy construct
4078 Since `std::map` and `string` have all the special functions, no further work is needed.
4080 ##### Note
4082 This is known as "the rule of zero".
4084 ##### Enforcement
4086 (Not enforceable) While not enforceable, a good static analyzer can detect patterns that indicate a possible improvement to meet this rule.
4087 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`.
4089 ### <a name="Rc-five"></a>C.21: If you define or `=delete` any default operation, define or `=delete` them all
4091 ##### Reason
4093 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.
4095 ##### Example, bad
4097     struct M2 {   // bad: incomplete set of default operations
4098     public:
4099         // ...
4100         // ... no copy or move operations ...
4101         ~M2() { delete[] rep; }
4102     private:
4103         pair<int, int>* rep;  // zero-terminated set of pairs
4104     };
4106     void use()
4107     {
4108         M2 x;
4109         M2 y;
4110         // ...
4111         x = y;   // the default assignment
4112         // ...
4113     }
4115 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).
4117 ##### Note
4119 This is known as "the rule of five" or "the rule of six", depending on whether you count the default constructor.
4121 ##### Note
4123 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.
4124 If you don't want a default operation, suppress it with `=delete`.
4126 ##### Note
4128 Compilers enforce much of this rule and ideally warn about any violation.
4130 ##### Note
4132 Relying on an implicitly generated copy operation in a class with a destructor is deprecated.
4134 ##### Enforcement
4136 (Simple) A class should have a declaration (even a `=delete` one) for either all or none of the special functions.
4138 ### <a name="Rc-matched"></a>C.22: Make default operations consistent
4140 ##### Reason
4142 The default operations are conceptually a matched set. Their semantics are interrelated.
4143 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.
4145 ##### Example, bad
4147     class Silly {   // BAD: Inconsistent copy operations
4148         class Impl {
4149             // ...
4150         };
4151         shared_ptr<Impl> p;
4152     public:
4153         Silly(const Silly& a) : p{a.p} { *p = *a.p; }   // deep copy
4154         Silly& operator=(const Silly& a) { p = a.p; }   // shallow copy
4155         // ...
4156     };
4158 These operations disagree about copy semantics. This will lead to confusion and bugs.
4160 ##### Enforcement
4162 * (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.
4163 * (Complex) Any member variables written in a copy/move constructor should also be initialized by all other constructors.
4164 * (Complex) If a copy/move constructor performs a deep copy of a member variable, then the destructor should modify the member variable.
4165 * (Complex) If a destructor is modifying a member variable, that member variable should be written in any copy/move constructors or assignment operators.
4167 ## <a name="SS-dtor"></a>C.dtor: Destructors
4169 "Does this class need a destructor?" is a surprisingly powerful design question.
4170 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);
4171 that is, its members can take care of themselves as concerns destruction.
4172 If the answer is "yes", much of the design of the class follows (see [the rule of five](#Rc-five)).
4174 ### <a name="Rc-dtor"></a>C.30: Define a destructor if a class needs an explicit action at object destruction
4176 ##### Reason
4178 A destructor is implicitly invoked at the end of an object's lifetime.
4179 If the default destructor is sufficient, use it.
4180 Only define a non-default destructor if a class needs to execute code that is not already part of its members' destructors.
4182 ##### Example
4184     template<typename A>
4185     struct final_action {   // slightly simplified
4186         A act;
4187         final_action(A a) :act{a} {}
4188         ~final_action() { act(); }
4189     };
4191     template<typename A>
4192     final_action<A> finally(A act)   // deduce action type
4193     {
4194         return final_action<A>{act};
4195     }
4197     void test()
4198     {
4199         auto act = finally([]{ cout << "Exit test\n"; });  // establish exit action
4200         // ...
4201         if (something) return;   // act done here
4202         // ...
4203     } // act done here
4205 The whole purpose of `final_action` is to get a piece of code (usually a lambda) executed upon destruction.
4207 ##### Note
4209 There are two general categories of classes that need a user-defined destructor:
4211 * A class with a resource that is not already represented as a class with a destructor, e.g., a `vector` or a transaction class.
4212 * A class that exists primarily to execute an action upon destruction, such as a tracer or `final_action`.
4214 ##### Example, bad
4216     class Foo {   // bad; use the default destructor
4217     public:
4218         // ...
4219         ~Foo() { s = ""; i = 0; vi.clear(); }  // clean up
4220     private:
4221         string s;
4222         int i;
4223         vector<int> vi;
4224     };
4226 The default destructor does it better, more efficiently, and can't get it wrong.
4228 ##### Note
4230 If the default destructor is needed, but its generation has been suppressed (e.g., by defining a move constructor), use `=default`.
4232 ##### Enforcement
4234 Look for likely "implicit resources", such as pointers and references. Look for classes with destructors even though all their data members have destructors.
4236 ### <a name="Rc-dtor-release"></a>C.31: All resources acquired by a class must be released by the class's destructor
4238 ##### Reason
4240 Prevention of resource leaks, especially in error cases.
4242 ##### Note
4244 For resources represented as classes with a complete set of default operations, this happens automatically.
4246 ##### Example
4248     class X {
4249         ifstream f;   // may own a file
4250         // ... no default operations defined or =deleted ...
4251     };
4253 `X`'s `ifstream` implicitly closes any file it may have open upon destruction of its `X`.
4255 ##### Example, bad
4257     class X2 {     // bad
4258         FILE* f;   // may own a file
4259         // ... no default operations defined or =deleted ...
4260     };
4262 `X2` may leak a file handle.
4264 ##### Note
4266 What about a sockets that won't close? A destructor, close, or cleanup operation [should never fail](#Rc-dtor-fail).
4267 If it does nevertheless, we have a problem that has no really good solution.
4268 For starters, the writer of a destructor does not know why the destructor is called and cannot "refuse to act" by throwing an exception.
4269 See [discussion](#Sd-never-fail).
4270 To make the problem worse, many "close/release" operations are not retryable.
4271 Many have tried to solve this problem, but no general solution is known.
4272 If at all possible, consider failure to close/cleanup a fundamental design error and terminate.
4274 ##### Note
4276 A class can hold pointers and references to objects that it does not own.
4277 Obviously, such objects should not be `delete`d by the class's destructor.
4278 For example:
4280     Preprocessor pp { /* ... */ };
4281     Parser p { pp, /* ... */ };
4282     Type_checker tc { p, /* ... */ };
4284 Here `p` refers to `pp` but does not own it.
4286 ##### Enforcement
4288 * (Simple) If a class has pointer or reference member variables that are owners
4289   (e.g., deemed owners by using `gsl::owner`), then they should be referenced in its destructor.
4290 * (Hard) Determine if pointer or reference member variables are owners when there is no explicit statement of ownership
4291   (e.g., look into the constructors).
4293 ### <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
4295 ##### Reason
4297 There is a lot of code that is non-specific about ownership.
4299 ##### Example
4301     ???
4303 ##### Note
4305 If the `T*` or `T&` is owning, mark it `owning`. If the `T*` is not owning, consider marking it `ptr`.
4306 This will aid documentation and analysis.
4308 ##### Enforcement
4310 Look at the initialization of raw member pointers and member references and see if an allocation is used.
4312 ### <a name="Rc-dtor-ptr2"></a>C.33: If a class has an owning pointer member, define a destructor
4314 ##### Reason
4316 An owned object must be `deleted` upon destruction of the object that owns it.
4318 ##### Example
4320 A pointer member may represent a resource.
4321 [A `T*` should not do so](#Rr-ptr), but in older code, that's common.
4322 Consider a `T*` a possible owner and therefore suspect.
4324     template<typename T>
4325     class Smart_ptr {
4326         T* p;   // BAD: vague about ownership of *p
4327         // ...
4328     public:
4329         // ... no user-defined default operations ...
4330     };
4332     void use(Smart_ptr<int> p1)
4333     {
4334         // error: p2.p leaked (if not nullptr and not owned by some other code)
4335         auto p2 = p1;
4336     }
4338 Note that if you define a destructor, you must define or delete [all default operations](#Rc-five):
4340     template<typename T>
4341     class Smart_ptr2 {
4342         T* p;   // BAD: vague about ownership of *p
4343         // ...
4344     public:
4345         // ... no user-defined copy operations ...
4346         ~Smart_ptr2() { delete p; }  // p is an owner!
4347     };
4349     void use(Smart_ptr2<int> p1)
4350     {
4351         auto p2 = p1;   // error: double deletion
4352     }
4354 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:
4356     template<typename T>
4357     class Smart_ptr3 {
4358         owner<T*> p;   // OK: explicit about ownership of *p
4359         // ...
4360     public:
4361         // ...
4362         // ... copy and move operations ...
4363         ~Smart_ptr3() { delete p; }
4364     };
4366     void use(Smart_ptr3<int> p1)
4367     {
4368         auto p2 = p1;   // error: double deletion
4369     }
4371 ##### Note
4373 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.
4375 ##### Note
4377 Why not just require all owning pointers to be "smart pointers"?
4378 That would sometimes require non-trivial code changes and may affect ABIs.
4380 ##### Enforcement
4382 * A class with a pointer data member is suspect.
4383 * A class with an `owner<T>` should define its default operations.
4385 ### <a name="Rc-dtor-ref"></a>C.34: If a class has an owning reference member, define a destructor
4387 ##### Reason
4389 A reference member may represent a resource.
4390 It should not do so, but in older code, that's common.
4391 See [pointer members and destructors](#Rc-dtor-ptr).
4392 Also, copying may lead to slicing.
4394 ##### Example, bad
4396     class Handle {  // Very suspect
4397         Shape& s;   // use reference rather than pointer to prevent rebinding
4398                     // BAD: vague about ownership of *p
4399         // ...
4400     public:
4401         Handle(Shape& ss) : s{ss} { /* ... */ }
4402         // ...
4403     };
4405 The problem of whether `Handle` is responsible for the destruction of its `Shape` is the same as for [the pointer case](#Rc-dtor-ptr):
4406 If the `Handle` owns the object referred to by `s` it must have a destructor.
4408 ##### Example
4410     class Handle {        // OK
4411         owner<Shape&> s;  // use reference rather than pointer to prevent rebinding
4412         // ...
4413     public:
4414         Handle(Shape& ss) : s{ss} { /* ... */ }
4415         ~Handle() { delete &s; }
4416         // ...
4417     };
4419 Independently of whether `Handle` owns its `Shape`, we must consider the default copy operations suspect:
4421     // the Handle had better own the Circle or we have a leak
4422     Handle x {*new Circle{p1, 17}};
4424     Handle y {*new Triangle{p1, p2, p3}};
4425     x = y;     // the default assignment will try *x.s = *y.s
4427 That `x = y` is highly suspect.
4428 Assigning a `Triangle` to a `Circle`?
4429 Unless `Shape` has its [copy assignment `=deleted`](#Rc-copy-virtual), only the `Shape` part of `Triangle` is copied into the `Circle`.
4431 ##### Note
4433 Why not just require all owning references to be replaced by "smart pointers"?
4434 Changing from references to smart pointers implies code changes.
4435 We don't (yet) have smart references.
4436 Also, that may affect ABIs.
4438 ##### Enforcement
4440 * A class with a reference data member is suspect.
4441 * A class with an `owner<T>` reference should define its default operations.
4443 ### <a name="Rc-dtor-virtual"></a>C.35: A base class destructor should be either public and virtual, or protected and nonvirtual
4445 ##### Reason
4447 To prevent undefined behavior.
4448 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.
4449 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.
4450 In general, the writer of a base class does not know the appropriate action to be done upon destruction.
4452 ##### Discussion
4454 See [this in the Discussion section](#Sd-dtor).
4456 ##### Example, bad
4458     struct Base {  // BAD: no virtual destructor
4459         virtual void f();
4460     };
4462     struct D : Base {
4463         string s {"a resource needing cleanup"};
4464         ~D() { /* ... do some cleanup ... */ }
4465         // ...
4466     };
4468     void use()
4469     {
4470         unique_ptr<Base> p = make_unique<D>();
4471         // ...
4472     } // p's destruction calls ~Base(), not ~D(), which leaks D::s and possibly more
4474 ##### Note
4476 A virtual function defines an interface to derived classes that can be used without looking at the derived classes.
4477 If the interface allows destroying, it should be safe to do so.
4479 ##### Note
4481 A destructor must be nonprivate or it will prevent using the type :
4483     class X {
4484         ~X();   // private destructor
4485         // ...
4486     };
4488     void use()
4489     {
4490         X a;                        // error: cannot destroy
4491         auto p = make_unique<X>();  // error: cannot destroy
4492     }
4494 ##### Exception
4496 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.
4498 ##### Enforcement
4500 * A class with any virtual functions should have a destructor that is either public and virtual or else protected and nonvirtual.
4502 ### <a name="Rc-dtor-fail"></a>C.36: A destructor may not fail
4504 ##### Reason
4506 In general we do not know how to write error-free code if a destructor should fail.
4507 The standard library requires that all classes it deals with have destructors that do not exit by throwing.
4509 ##### Example
4511     class X {
4512     public:
4513         ~X() noexcept;
4514         // ...
4515     };
4517     X::~X() noexcept
4518     {
4519         // ...
4520         if (cannot_release_a_resource) terminate();
4521         // ...
4522     }
4524 ##### Note
4526 Many have tried to devise a fool-proof scheme for dealing with failure in destructors.
4527 None have succeeded to come up with a general scheme.
4528 This can be a real practical problem: For example, what about a socket that won't close?
4529 The writer of a destructor does not know why the destructor is called and cannot "refuse to act" by throwing an exception.
4530 See [discussion](#Sd-dtor).
4531 To make the problem worse, many "close/release" operations are not retryable.
4532 If at all possible, consider failure to close/cleanup a fundamental design error and terminate.
4534 ##### Note
4536 Declare a destructor `noexcept`. That will ensure that it either completes normally or terminate the program.
4538 ##### Note
4540 If a resource cannot be released and the program may not fail, try to signal the failure to the rest of the system somehow
4541 (maybe even by modifying some global state and hope something will notice and be able to take care of the problem).
4542 Be fully aware that this technique is special-purpose and error-prone.
4543 Consider the "my connection will not close" example.
4544 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.
4545 The destructor could send a message (somehow) to the responsible part of the system, consider that to have closed the connection, and return normally.
4547 ##### Note
4549 If a destructor uses operations that may fail, it can catch exceptions and in some cases still complete successfully
4550 (e.g., by using a different clean-up mechanism from the one that threw an exception).
4552 ##### Enforcement
4554 (Simple) A destructor should be declared `noexcept`.
4556 ### <a name="Rc-dtor-noexcept"></a>C.37: Make destructors `noexcept`
4558 ##### Reason
4560  [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.
4562 ##### Note
4564 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.
4566 ##### Enforcement
4568 (Simple) A destructor should be declared `noexcept`.
4570 ## <a name="SS-ctor"></a>C.ctor: Constructors
4572 A constructor defines how an object is initialized (constructed).
4574 ### <a name="Rc-ctor"></a>C.40: Define a constructor if a class has an invariant
4576 ##### Reason
4578 That's what constructors are for.
4580 ##### Example
4582     class Date {  // a Date represents a valid date
4583                   // in the January 1, 1900 to December 31, 2100 range
4584         Date(int dd, int mm, int yy)
4585             :d{dd}, m{mm}, y{yy}
4586         {
4587             if (!is_valid(d, m, y)) throw Bad_date{};  // enforce invariant
4588         }
4589         // ...
4590     private:
4591         int d, m, y;
4592     };
4594 It is often a good idea to express the invariant as an `Ensures` on the constructor.
4596 ##### Note
4598 A constructor can be used for convenience even if a class does not have an invariant. For example:
4600     struct Rec {
4601         string s;
4602         int i {0};
4603         Rec(const string& ss) : s{ss} {}
4604         Rec(int ii) :i{ii} {}
4605     };
4607     Rec r1 {7};
4608     Rec r2 {"Foo bar"};
4610 ##### Note
4612 The C++11 initializer list rule eliminates the need for many constructors. For example:
4614     struct Rec2{
4615         string s;
4616         int i;
4617         Rec2(const string& ss, int ii = 0) :s{ss}, i{ii} {}   // redundant
4618     };
4620     Rec2 r1 {"Foo", 7};
4621     Rec2 r2 {"Bar"};
4623 The `Rec2` constructor is redundant.
4624 Also, the default for `int` would be better done as a [member initializer](#Rc-in-class-initializer).
4626 **See also**: [construct valid object](#Rc-complete) and [constructor throws](#Rc-throw).
4628 ##### Enforcement
4630 * Flag classes with user-defined copy operations but no constructor (a user-defined copy is a good indicator that the class has an invariant)
4632 ### <a name="Rc-complete"></a>C.41: A constructor should create a fully initialized object
4634 ##### Reason
4636 A constructor establishes the invariant for a class. A user of a class should be able to assume that a constructed object is usable.
4638 ##### Example, bad
4640     class X1 {
4641         FILE* f;   // call init() before any other function
4642         // ...
4643     public:
4644         X1() {}
4645         void init();   // initialize f
4646         void read();   // read from f
4647         // ...
4648     };
4650     void f()
4651     {
4652         X1 file;
4653         file.read();   // crash or bad read!
4654         // ...
4655         file.init();   // too late
4656         // ...
4657     }
4659 Compilers do not read comments.
4661 ##### Exception
4663 If a valid object cannot conveniently be constructed by a constructor, [use a factory function](#Rc-factory).
4665 ##### Enforcement
4667 * (Simple) Every constructor should initialize every member variable (either explicitly, via a delegating ctor call or via default construction).
4668 * (Unknown) If a constructor has an `Ensures` contract, try to see if it holds as a postcondition.
4670 ##### Note
4672 If a constructor acquires a resource (to create a valid object), that resource should be [released by the destructor](#Rc-dtor-release).
4673 The idiom of having constructors acquire resources and destructors release them is called [RAII](#Rr-raii) ("Resource Acquisition Is Initialization").
4675 ### <a name="Rc-throw"></a>C.42: If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception
4677 ##### Reason
4679 Leaving behind an invalid object is asking for trouble.
4681 ##### Example
4683     class X2 {
4684         FILE* f;   // call init() before any other function
4685         // ...
4686     public:
4687         X2(const string& name)
4688             :f{fopen(name.c_str(), "r")}
4689         {
4690             if (f == nullptr) throw runtime_error{"could not open" + name};
4691             // ...
4692         }
4694         void read();      // read from f
4695         // ...
4696     };
4698     void f()
4699     {
4700         X2 file {"Zeno"}; // throws if file isn't open
4701         file.read();      // fine
4702         // ...
4703     }
4705 ##### Example, bad
4707     class X3 {     // bad: the constructor leaves a non-valid object behind
4708         FILE* f;   // call init() before any other function
4709         bool valid;
4710         // ...
4711     public:
4712         X3(const string& name)
4713             :f{fopen(name.c_str(), "r")}, valid{false}
4714         {
4715             if (f) valid = true;
4716             // ...
4717         }
4719         bool is_valid() { return valid; }
4720         void read();   // read from f
4721         // ...
4722     };
4724     void f()
4725     {
4726         X3 file {"Heraclides"};
4727         file.read();   // crash or bad read!
4728         // ...
4729         if (file.is_valid()) {
4730             file.read();
4731             // ...
4732         }
4733         else {
4734             // ... handle error ...
4735         }
4736         // ...
4737     }
4739 ##### Note
4741 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.
4742 Leaving behind an invalid object and relying on users to consistently check an `is_valid()` function before use is tedious, error-prone, and inefficient.
4744 ##### Exception
4746 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.
4747 There the `is_valid()` technique must be used. In such cases, check `is_valid()` consistently and immediately to simulate [RAII](#Rr-raii).
4749 **Alternative**: If you feel tempted to use some "post-constructor initialization" or "two-stage initialization" idiom, try not to do that.
4750 If you really have to, look at [factory functions](#Rc-factory).
4752 ##### Note
4754 One reason people have used `init()` functions rather than doing the initialization work in a constructor has been to avoid code replication.
4755 [Delegating constructors](#Rc-delegating) and [default member initialization](#Rc-in-class-initializer) do that better.
4756 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)
4758 ##### Enforcement
4760 ### <a name="Rc-default0"></a>C.43: Ensure that a class has a default constructor
4762 ##### Reason
4764 Many language and library facilities rely on default constructors to initialize their elements, e.g. `T a[10]` and `std::vector<T> v(10)`.
4766 ##### Example , bad
4768     class Date { // BAD: no default constructor
4769     public:
4770         Date(int dd, int mm, int yyyy);
4771         // ...
4772     };
4774     vector<Date> vd1(1000);   // default Date needed here
4775     vector<Date> vd2(1000, Date{Month::october, 7, 1885});   // alternative
4777 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.
4779 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.
4780 `{0, 0, 0}` is not a valid date in most calendar systems, so choosing that would be introducing something like floating-point's `NaN`.
4781 However, most realistic `Date` classes have a "first date" (e.g. January 1, 1970 is popular), so making that the default is usually trivial.
4783 ##### Example
4785     class Date {
4786     public:
4787         Date(int dd, int mm, int yyyy);
4788         Date() = default; // See also C.45
4789         // ...
4790     private:
4791         int dd = 1;
4792         int mm = 1;
4793         int yyyy = 1970;
4794         // ...
4795     };
4797     vector<Date> vd1(1000);
4799 ##### Note
4801 A class with members that all have default constructors implicitly gets a default constructor:
4803     struct X {
4804         string s;
4805         vector<int> v;
4806     };
4808     X x; // means X{{}, {}}; that is the empty string and the empty vector
4810 Beware that built-in types are not properly default constructed:
4812     struct X {
4813         string s;
4814         int i;
4815     };
4817     void f()
4818     {
4819         X x;    // x.s is initialized to the empty string; x.i is uninitialized
4821         cout << x.s << ' ' << x.i << '\n';
4822         ++x.i;
4823     }
4825 Statically allocated objects of built-in types are by default initialized to `0`, but local built-in variables are not.
4826 Beware that your compiler may default initialize local built-in variables, whereas an optimized build will not.
4827 Thus, code like the example above may appear to work, but it relies on undefined behavior.
4828 Assuming that you want initialization, an explicit default initialization can help:
4830     struct X {
4831         string s;
4832         int i {};   // default initialize (to 0)
4833     };
4835 ##### Enforcement
4837 * Flag classes without a default constructor
4839 ### <a name="Rc-default00"></a>C.44: Prefer default constructors to be simple and non-throwing
4841 ##### Reason
4843 Being able to set a value to "the default" without operations that might fail simplifies error handling and reasoning about move operations.
4845 ##### Example, problematic
4847     template<typename T>
4848     // elem points to space-elem element allocated using new
4849     class Vector0 {
4850     public:
4851         Vector0() :Vector0{0} {}
4852         Vector0(int n) :elem{new T[n]}, space{elem + n}, last{elem} {}
4853         // ...
4854     private:
4855         own<T*> elem;
4856         T* space;
4857         T* last;
4858     };
4860 This is nice and general, but setting a `Vector0` to empty after an error involves an allocation, which may fail.
4861 Also, having a default `Vector` represented as `{new T[0], 0, 0}` seems wasteful.
4862 For example, `Vector0 v(100)` costs 100 allocations.
4864 ##### Example
4866     template<typename T>
4867     // elem is nullptr or elem points to space-elem element allocated using new
4868     class Vector1 {
4869     public:
4870         // sets the representation to {nullptr, nullptr, nullptr}; doesn't throw
4871         Vector1() noexcept {}
4872         Vector1(int n) :elem{new T[n]}, space{elem + n}, last{elem} {}
4873         // ...
4874     private:
4875         own<T*> elem = nullptr;
4876         T* space = nullptr;
4877         T* last = nullptr;
4878     };
4880 Using `{nullptr, nullptr, nullptr}` makes `Vector1{}` cheap, but a special case and implies run-time checks.
4881 Setting a `Vector1` to empty after detecting an error is trivial.
4883 ##### Enforcement
4885 * Flag throwing default constructors
4887 ### <a name="Rc-default"></a>C.45: Don't define a default constructor that only initializes data members; use in-class member initializers instead
4889 ##### Reason
4891 Using in-class member initializers lets the compiler generate the function for you. The compiler-generated function can be more efficient.
4893 ##### Example, bad
4895     class X1 { // BAD: doesn't use member initializers
4896         string s;
4897         int i;
4898     public:
4899         X1() :s{"default"}, i{1} { }
4900         // ...
4901     };
4903 ##### Example
4905     class X2 {
4906         string s = "default";
4907         int i = 1;
4908     public:
4909         // use compiler-generated default constructor
4910         // ...
4911     };
4913 ##### Enforcement
4915 (Simple) A default constructor should do more than just initialize member variables with constants.
4917 ### <a name="Rc-explicit"></a>C.46: By default, declare single-argument constructors explicit
4919 ##### Reason
4921 To avoid unintended conversions.
4923 ##### Example, bad
4925     class String {
4926         // ...
4927     public:
4928         String(int);   // BAD
4929         // ...
4930     };
4932     String s = 10;   // surprise: string of size 10
4934 ##### Exception
4936 If you really want an implicit conversion from the constructor argument type to the class type, don't use `explicit`:
4938     class Complex {
4939         // ...
4940     public:
4941         Complex(double d);   // OK: we want a conversion from d to {d, 0}
4942         // ...
4943     };
4945     Complex z = 10.7;   // unsurprising conversion
4947 **See also**: [Discussion of implicit conversions](#Ro-conversion).
4949 ##### Enforcement
4951 (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".
4953 ### <a name="Rc-order"></a>C.47: Define and initialize member variables in the order of member declaration
4955 ##### Reason
4957 To minimize confusion and errors. That is the order in which the initialization happens (independent of the order of member initializers).
4959 ##### Example, bad
4961     class Foo {
4962         int m1;
4963         int m2;
4964     public:
4965         Foo(int x) :m2{x}, m1{++x} { }   // BAD: misleading initializer order
4966         // ...
4967     };
4969     Foo x(1); // surprise: x.m1 == x.m2 == 2
4971 ##### Enforcement
4973 (Simple) A member initializer list should mention the members in the same order they are declared.
4975 **See also**: [Discussion](#Sd-order)
4977 ### <a name="Rc-in-class-initializer"></a>C.48: Prefer in-class initializers to member initializers in constructors for constant initializers
4979 ##### Reason
4981 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.
4983 ##### Example, bad
4985     class X {   // BAD
4986         int i;
4987         string s;
4988         int j;
4989     public:
4990         X() :i{666}, s{"qqq"} { }   // j is uninitialized
4991         X(int ii) :i{ii} {}         // s is "" and j is uninitialized
4992         // ...
4993     };
4995 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.
4997 ##### Example
4999     class X2 {
5000         int i {666};
5001         string s {"qqq"};
5002         int j {0};
5003     public:
5004         X2() = default;        // all members are initialized to their defaults
5005         X2(int ii) :i{ii} {}   // s and j initialized to their defaults
5006         // ...
5007     };
5009 **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:
5011     class X3 {   // BAD: inexplicit, argument passing overhead
5012         int i;
5013         string s;
5014         int j;
5015     public:
5016         X3(int ii = 666, const string& ss = "qqq", int jj = 0)
5017             :i{ii}, s{ss}, j{jj} { }   // all members are initialized to their defaults
5018         // ...
5019     };
5021 ##### Enforcement
5023 * (Simple) Every constructor should initialize every member variable (either explicitly, via a delegating ctor call or via default construction).
5024 * (Simple) Default arguments to constructors suggest an in-class initializer may be more appropriate.
5026 ### <a name="Rc-initialize"></a>C.49: Prefer initialization to assignment in constructors
5028 ##### Reason
5030 An initialization explicitly states that initialization, rather than assignment, is done and can be more elegant and efficient. Prevents "use before set" errors.
5032 ##### Example, good
5034     class A {   // Good
5035         string s1;
5036     public:
5037         A() : s1{"Hello, "} { }    // GOOD: directly construct
5038         // ...
5039     };
5041 ##### Example, bad
5043     class B {   // BAD
5044         string s1;
5045     public:
5046         B() { s1 = "Hello, "; }   // BAD: default constructor followed by assignment
5047         // ...
5048     };
5050     class C {   // UGLY, aka very bad
5051         int* p;
5052     public:
5053         C() { cout << *p; p = new int{10}; }   // accidental use before initialized
5054         // ...
5055     };
5057 ### <a name="Rc-factory"></a>C.50: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization
5059 ##### Reason
5061 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.
5063 ##### Note
5065 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.
5067 ##### Example, bad
5069     class B {
5070     public:
5071         B()
5072         {
5073             // ...
5074             f();   // BAD: virtual call in constructor
5075             // ...
5076         }
5078         virtual void f() = 0;
5080         // ...
5081     };
5083 ##### Example
5085     class B {
5086     protected:
5087         B() { /* ... */ }              // create an imperfectly initialized object
5089         virtual void PostInitialize()  // to be called right after construction
5090         {
5091             // ...
5092             f();    // GOOD: virtual dispatch is safe
5093             // ...
5094         }
5096     public:
5097         virtual void f() = 0;
5099         template<class T>
5100         static shared_ptr<T> Create()  // interface for creating shared objects
5101         {
5102             auto p = make_shared<T>();
5103             p->PostInitialize();
5104             return p;
5105         }
5106     };
5108     class D : public B { /* ... */ };  // some derived class
5110     shared_ptr<D> p = D::Create<D>();  // creating a D object
5112 By making the constructor `protected` we avoid an incompletely constructed object escaping into the wild.
5113 By providing the factory function `Create()`, we make construction (on the free store) convenient.
5115 ##### Note
5117 Conventional factory functions allocate on the free store, rather than on the stack or in an enclosing object.
5119 **See also**: [Discussion](#Sd-factory)
5121 ### <a name="Rc-delegating"></a>C.51: Use delegating constructors to represent common actions for all constructors of a class
5123 ##### Reason
5125 To avoid repetition and accidental differences.
5127 ##### Example, bad
5129     class Date {   // BAD: repetitive
5130         int d;
5131         Month m;
5132         int y;
5133     public:
5134         Date(int ii, Month mm, year yy)
5135             :i{ii}, m{mm}, y{yy}
5136             { if (!valid(i, m, y)) throw Bad_date{}; }
5138         Date(int ii, Month mm)
5139             :i{ii}, m{mm} y{current_year()}
5140             { if (!valid(i, m, y)) throw Bad_date{}; }
5141         // ...
5142     };
5144 The common action gets tedious to write and may accidentally not be common.
5146 ##### Example
5148     class Date2 {
5149         int d;
5150         Month m;
5151         int y;
5152     public:
5153         Date2(int ii, Month mm, year yy)
5154             :i{ii}, m{mm}, y{yy}
5155             { if (!valid(i, m, y)) throw Bad_date{}; }
5157         Date2(int ii, Month mm)
5158             :Date2{ii, mm, current_year()} {}
5159         // ...
5160     };
5162 **See also**: If the "repeated action" is a simple initialization, consider [an in-class member initializer](#Rc-in-class-initializer).
5164 ##### Enforcement
5166 (Moderate) Look for similar constructor bodies.
5168 ### <a name="Rc-inheriting"></a>C.52: Use inheriting constructors to import constructors into a derived class that does not need further explicit initialization
5170 ##### Reason
5172 If you need those constructors for a derived class, re-implementing them is tedious and error prone.
5174 ##### Example
5176 `std::vector` has a lot of tricky constructors, so if I want my own `vector`, I don't want to reimplement them:
5178     class Rec {
5179         // ... data and lots of nice constructors ...
5180     };
5182     class Oper : public Rec {
5183         using Rec::Rec;
5184         // ... no data members ...
5185         // ... lots of nice utility functions ...
5186     };
5188 ##### Example, bad
5190     struct Rec2 : public Rec {
5191         int x;
5192         using Rec::Rec;
5193     };
5195     Rec2 r {"foo", 7};
5196     int val = r.x;   // uninitialized
5198 ##### Enforcement
5200 Make sure that every member of the derived class is initialized.
5202 ## <a name="SS-copy"></a>C.copy: Copy and move
5204 Value types should generally be copyable, but interfaces in a class hierarchy should not.
5205 Resource handles may or may not be copyable.
5206 Types can be defined to move for logical as well as performance reasons.
5208 ### <a name="Rc-copy-assignment"></a>C.60: Make copy assignment non-`virtual`, take the parameter by `const&`, and return by non-`const&`
5210 ##### Reason
5212 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)).
5214 ##### Example
5216     class Foo {
5217     public:
5218         Foo& operator=(const Foo& x)
5219         {
5220             // GOOD: no need to check for self-assignment (other than performance)
5221             auto tmp = x;
5222             std::swap(*this, tmp);
5223             return *this;
5224         }
5225         // ...
5226     };
5228     Foo a;
5229     Foo b;
5230     Foo f();
5232     a = b;    // assign lvalue: copy
5233     a = f();  // assign rvalue: potentially move
5235 ##### Note
5237 The `swap` implementation technique offers the [strong guarantee](???).
5239 ##### Example
5241 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:
5243     template<typename T>
5244     class Vector {
5245     public:
5246         Vector& operator=(const Vector&);
5247         // ...
5248     private:
5249         T* elem;
5250         int sz;
5251     };
5253     Vector& Vector::operator=(const Vector& a)
5254     {
5255         if (a.sz > sz) {
5256             // ... use the swap technique, it can't be bettered ...
5257             return *this
5258         }
5259         // ... copy sz elements from *a.elem to elem ...
5260         if (a.sz < sz) {
5261             // ... destroy the surplus elements in *this* and adjust size ...
5262         }
5263         return *this;
5264     }
5266 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).
5268 **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&)`.
5269 See [copy constructor vs. `clone()`](#Rc-copy-virtual).
5271 ##### Enforcement
5273 * (Simple) An assignment operator should not be virtual. Here be dragons!
5274 * (Simple) An assignment operator should return `T&` to enable chaining, not alternatives like `const T&` which interfere with composability and putting objects in containers.
5275 * (Moderate) An assignment operator should (implicitly or explicitly) invoke all base and member assignment operators.
5276   Look at the destructor to determine if the type has pointer semantics or value semantics.
5278 ### <a name="Rc-copy-semantic"></a>C.61: A copy operation should copy
5280 ##### Reason
5282 That is the generally assumed semantics. After `x = y`, we should have `x == y`.
5283 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).
5285 ##### Example
5287     class X {   // OK: value semantics
5288     public:
5289         X();
5290         X(const X&);     // copy X
5291         void modify();   // change the value of X
5292         // ...
5293         ~X() { delete[] p; }
5294     private:
5295         T* p;
5296         int sz;
5297     };
5299     bool operator==(const X& a, const X& b)
5300     {
5301         return a.sz == b.sz && equal(a.p, a.p + a.sz, b.p, b.p + b.sz);
5302     }
5304     X::X(const X& a)
5305         :p{new T[a.sz]}, sz{a.sz}
5306     {
5307         copy(a.p, a.p + sz, a.p);
5308     }
5310     X x;
5311     X y = x;
5312     if (x != y) throw Bad{};
5313     x.modify();
5314     if (x == y) throw Bad{};   // assume value semantics
5316 ##### Example
5318     class X2 {  // OK: pointer semantics
5319     public:
5320         X2();
5321         X2(const X&) = default; // shallow copy
5322         ~X2() = default;
5323         void modify();          // change the value of X
5324         // ...
5325     private:
5326         T* p;
5327         int sz;
5328     };
5330     bool operator==(const X2& a, const X2& b)
5331     {
5332         return a.sz == b.sz && a.p == b.p;
5333     }
5335     X2 x;
5336     X2 y = x;
5337     if (x != y) throw Bad{};
5338     x.modify();
5339     if (x != y) throw Bad{};  // assume pointer semantics
5341 ##### Note
5343 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.
5345 ##### Enforcement
5347 (Not enforceable)
5349 ### <a name="Rc-copy-self"></a>C.62: Make copy assignment safe for self-assignment
5351 ##### Reason
5353 If `x = x` changes the value of `x`, people will be surprised and bad errors will occur (often including leaks).
5355 ##### Example
5357 The standard-library containers handle self-assignment elegantly and efficiently:
5359     std::vector<int> v = {3, 1, 4, 1, 5, 9};
5360     v = v;
5361     // the value of v is still {3, 1, 4, 1, 5, 9}
5363 ##### Note
5365 The default assignment generated from members that handle self-assignment correctly handles self-assignment.
5367     struct Bar {
5368         vector<pair<int, int>> v;
5369         map<string, int> m;
5370         string s;
5371     };
5373     Bar b;
5374     // ...
5375     b = b;   // correct and efficient
5377 ##### Note
5379 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)).
5381     class Foo {
5382         string s;
5383         int i;
5384     public:
5385         Foo& operator=(const Foo& a);
5386         // ...
5387     };
5389     Foo& Foo::operator=(const Foo& a)   // OK, but there is a cost
5390     {
5391         if (this == &a) return *this;
5392         s = a.s;
5393         i = a.i;
5394         return *this;
5395     }
5397 This is obviously safe and apparently efficient.
5398 However, what if we do one self-assignment per million assignments?
5399 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).
5400 Consider:
5402     Foo& Foo::operator=(const Foo& a)   // simpler, and probably much better
5403     {
5404         s = a.s;
5405         i = a.i;
5406         return *this;
5407     }
5409 `std::string` is safe for self-assignment and so are `int`. All the cost is carried by the (rare) case of self-assignment.
5411 ##### Enforcement
5413 (Simple) Assignment operators should not contain the pattern `if (this == &a) return *this;` ???
5415 ### <a name="Rc-move-assignment"></a>C.63: Make move assignment non-`virtual`, take the parameter by `&&`, and return by non-`const &`
5417 ##### Reason
5419 It is simple and efficient.
5421 **See**: [The rule for copy-assignment](#Rc-copy-assignment).
5423 ##### Enforcement
5425 Equivalent to what is done for [copy-assignment](#Rc-copy-assignment).
5427 * (Simple) An assignment operator should not be virtual. Here be dragons!
5428 * (Simple) An assignment operator should return `T&` to enable chaining, not alternatives like `const T&` which interfere with composability and putting objects in containers.
5429 * (Moderate) A move assignment operator should (implicitly or explicitly) invoke all base and member move assignment operators.
5431 ### <a name="Rc-move-semantic"></a>C.64: A move operation should move and leave its source in a valid state
5433 ##### Reason
5435 That is the generally assumed semantics.
5436 After `y = std::move(x)` the value of `y` should be the value `x` had and `x` should be in a valid state.
5438 ##### Example
5440     template<typename T>
5441     class X {   // OK: value semantics
5442     public:
5443         X();
5444         X(X&& a);          // move X
5445         void modify();     // change the value of X
5446         // ...
5447         ~X() { delete[] p; }
5448     private:
5449         T* p;
5450         int sz;
5451     };
5454     X::X(X&& a)
5455         :p{a.p}, sz{a.sz}  // steal representation
5456     {
5457         a.p = nullptr;     // set to "empty"
5458         a.sz = 0;
5459     }
5461     void use()
5462     {
5463         X x{};
5464         // ...
5465         X y = std::move(x);
5466         x = X{};   // OK
5467     } // OK: x can be destroyed
5469 ##### Note
5471 Ideally, that moved-from should be the default value of the type.
5472 Ensure that unless there is an exceptionally good reason not to.
5473 However, not all types have a default value and for some types establishing the default value can be expensive.
5474 The standard requires only that the moved-from object can be destroyed.
5475 Often, we can easily and cheaply do better: The standard library assumes that it it possible to assign to a moved-from object.
5476 Always leave the moved-from object in some (necessarily specified) valid state.
5478 ##### Note
5480 Unless there is an exceptionally strong reason not to, make `x = std::move(y); y = z;` work with the conventional semantics.
5482 ##### Enforcement
5484 (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.
5486 ### <a name="Rc-move-self"></a>C.65: Make move assignment safe for self-assignment
5488 ##### Reason
5490 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.
5492 ##### Example
5494     class Foo {
5495         string s;
5496         int i;
5497     public:
5498         Foo& operator=(Foo&& a);
5499         // ...
5500     };
5502     Foo& Foo::operator=(Foo&& a)       // OK, but there is a cost
5503     {
5504         if (this == &a) return *this;  // this line is redundant
5505         s = std::move(a.s);
5506         i = a.i;
5507         return *this;
5508     }
5510 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.
5512 ##### Note
5514 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).
5516 ##### Note
5518 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.
5520 ##### Example
5522 Here is a way to move a pointer without a test (imagine it as code in the implementation a move assignment):
5524     // move from other.ptr to this->ptr
5525     T* temp = other.ptr;
5526     other.ptr = nullptr;
5527     delete ptr;
5528     ptr = temp;
5530 ##### Enforcement
5532 * (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`.
5533 * (Not enforceable) Look at the use of standard-library container types (incl. `string`) and consider them safe for ordinary (not life-critical) uses.
5535 ### <a name="Rc-move-noexcept"></a>C.66: Make move operations `noexcept`
5537 ##### Reason
5539 A throwing move violates most people's reasonably assumptions.
5540 A non-throwing move will be used more efficiently by standard-library and language facilities.
5542 ##### Example
5544     template<typename T>
5545     class Vector {
5546         // ...
5547         Vector(Vector&& a) noexcept :elem{a.elem}, sz{a.sz} { a.sz = 0; a.elem = nullptr; }
5548         Vector& operator=(Vector&& a) noexcept { elem = a.elem; sz = a.sz; a.sz = 0; a.elem = nullptr; }
5549         // ...
5550     public:
5551         T* elem;
5552         int sz;
5553     };
5555 These copy operations do not throw.
5557 ##### Example, bad
5559     template<typename T>
5560     class Vector2 {
5561         // ...
5562         Vector2(Vector2&& a) { *this = a; }             // just use the copy
5563         Vector2& operator=(Vector2&& a) { *this = a; }  // just use the copy
5564         // ...
5565     public:
5566         T* elem;
5567         int sz;
5568     };
5570 This `Vector2` is not just inefficient, but since a vector copy requires allocation, it can throw.
5572 ##### Enforcement
5574 (Simple) A move operation should be marked `noexcept`.
5576 ### <a name="Rc-copy-virtual"></a>C.67: A base class should suppress copying, and provide a virtual `clone` instead if "copying" is desired
5578 ##### Reason
5580 To prevent slicing, because the normal copy operations will copy only the base portion of a derived object.
5582 ##### Example, bad
5584     class B { // BAD: base class doesn't suppress copying
5585         int data;
5586         // ... nothing about copy operations, so uses default ...
5587     };
5589     class D : public B {
5590         string more_data; // add a data member
5591         // ...
5592     };
5594     auto d = make_unique<D>();
5596     // oops, slices the object; gets only d.data but drops d.more_data
5597     auto b = make_unique<B>(d);
5599 ##### Example
5601     class B { // GOOD: base class suppresses copying
5602         B(const B&) = delete;
5603         B& operator=(const B&) = delete;
5604         virtual unique_ptr<B> clone() { return /* B object */; }
5605         // ...
5606     };
5608     class D : public B {
5609         string more_data; // add a data member
5610         unique_ptr<B> clone() override { return /* D object */; }
5611         // ...
5612     };
5614     auto d = make_unique<D>();
5615     auto b = d.clone(); // ok, deep clone
5617 ##### Note
5619 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.
5621 ##### Exception
5623 If you need covariant return types, return an `owner<derived*>`. See [C.130](#Rh-copy).
5625 ##### Enforcement
5627 A class with any virtual function should not have a copy constructor or copy assignment operator (compiler-generated or handwritten).
5629 ## C.other: Other default operation rules
5631 In addition to the operations for which the language offer default implementations,
5632 there are a few operations that are so foundational that it rules for their definition are needed:
5633 comparisons, `swap`, and `hash`.
5635 ### <a name="Rc-eqdefault"></a>C.80: Use `=default` if you have to be explicit about using the default semantics
5637 ##### Reason
5639 The compiler is more likely to get the default semantics right and you cannot implement these functions better than the compiler.
5641 ##### Example
5643     class Tracer {
5644         string message;
5645     public:
5646         Tracer(const string& m) : message{m} { cerr << "entering " << message << '\n'; }
5647         ~Tracer() { cerr << "exiting " << message << '\n'; }
5649         Tracer(const Tracer&) = default;
5650         Tracer& operator=(const Tracer&) = default;
5651         Tracer(Tracer&&) = default;
5652         Tracer& operator=(Tracer&&) = default;
5653     };
5655 Because we defined the destructor, we must define the copy and move operations. The `= default` is the best and simplest way of doing that.
5657 ##### Example, bad
5659     class Tracer2 {
5660         string message;
5661     public:
5662         Tracer2(const string& m) : message{m} { cerr << "entering " << message << '\n'; }
5663         ~Tracer2() { cerr << "exiting " << message << '\n'; }
5665         Tracer2(const Tracer2& a) : message{a.message} {}
5666         Tracer2& operator=(const Tracer2& a) { message = a.message; return *this; }
5667         Tracer2(Tracer2&& a) :message{a.message} {}
5668         Tracer2& operator=(Tracer2&& a) { message = a.message; return *this; }
5669     };
5671 Writing out the bodies of the copy and move operations is verbose, tedious, and error-prone. A compiler does it better.
5673 ##### Enforcement
5675 (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
5677 ### <a name="Rc-delete"></a>C.81: Use `=delete` when you want to disable default behavior (without wanting an alternative)
5679 ##### Reason
5681 In a few cases, a default operation is not desirable.
5683 ##### Example
5685     class Immortal {
5686     public:
5687         ~Immortal() = delete;   // do not allow destruction
5688         // ...
5689     };
5691     void use()
5692     {
5693         Immortal ugh;   // error: ugh cannot be destroyed
5694         Immortal* p = new Immortal{};
5695         delete p;       // error: cannot destroy *p
5696     }
5698 ##### Example
5700 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:
5702     template <class T, class D = default_delete<T>> class unique_ptr {
5703     public:
5704         // ...
5705         constexpr unique_ptr() noexcept;
5706         explicit unique_ptr(pointer p) noexcept;
5707         // ...
5708         unique_ptr(unique_ptr&& u) noexcept;   // move constructor
5709         // ...
5710         unique_ptr(const unique_ptr&) = delete; // disable copy from lvalue
5711         // ...
5712     };
5714     unique_ptr<int> make();   // make "something" and return it by moving
5716     void f()
5717     {
5718         unique_ptr<int> pi {};
5719         auto pi2 {pi};      // error: no move constructor from lvalue
5720         auto pi3 {make()};  // OK, move: the result of make() is an rvalue
5721     }
5723 ##### Enforcement
5725 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.
5727 ### <a name="Rc-ctor-virtual"></a>C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors
5729 ##### Reason
5731 The function called will be that of the object constructed so far, rather than a possibly overriding function in a derived class.
5732 This can be most confusing.
5733 Worse, a direct or indirect call to an unimplemented pure virtual function from a constructor or destructor results in undefined behavior.
5735 ##### Example, bad
5737     class Base {
5738     public:
5739         virtual void f() = 0;   // not implemented
5740         virtual void g();       // implemented with Base version
5741         virtual void h();       // implemented with Base version
5742     };
5744     class Derived : public Base {
5745     public:
5746         void g() override;   // provide Derived implementation
5747         void h() final;      // provide Derived implementation
5749         Derived()
5750         {
5751             // BAD: attempt to call an unimplemented virtual function
5752             f();
5754             // BAD: will call Derived::g, not dispatch further virtually
5755             g();
5757             // GOOD: explicitly state intent to call only the visible version
5758             Derived::g();
5760             // ok, no qualification needed, h is final
5761             h();
5762         }
5763     };
5765 Note that calling a specific explicitly qualified function is not a virtual call even if the function is `virtual`.
5767 **See also** [factory functions](#Rc-factory) for how to achieve the effect of a call to a derived class function without risking undefined behavior.
5769 ##### Note
5771 There is nothing inherently wrong with calling virtual functions from constructors and destructors.
5772 The semantics of such calls is type safe.
5773 However, experience shows that such calls are rarely needed, easily confuse maintainers, and become a source of errors when used by novices.
5775 ##### Enforcement
5777 * Flag calls of virtual functions from constructors and destructors.
5779 ### <a name="Rc-swap"></a>C.83: For value-like types, consider providing a `noexcept` swap function
5781 ##### Reason
5783 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).
5785 ##### Example, good
5787     class Foo {
5788         // ...
5789     public:
5790         void swap(Foo& rhs) noexcept
5791         {
5792             m1.swap(rhs.m1);
5793             std::swap(m2, rhs.m2);
5794         }
5795     private:
5796         Bar m1;
5797         int m2;
5798     };
5800 Providing a nonmember `swap` function in the same namespace as your type for callers' convenience.
5802     void swap(Foo& a, Foo& b)
5803     {
5804         a.swap(b);
5805     }
5807 ##### Enforcement
5809 * (Simple) A class without virtual functions should have a `swap` member function declared.
5810 * (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
5812 ### <a name="Rc-swap-fail"></a>C.84: A `swap` function may not fail
5814 ##### Reason
5816  `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.
5818 ##### Example, bad
5820     void swap(My_vector& x, My_vector& y)
5821     {
5822         auto tmp = x;   // copy elements
5823         x = y;
5824         y = tmp;
5825     }
5827 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.
5829 ##### Enforcement
5831 (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
5833 ### <a name="Rc-swap-noexcept"></a>C.85: Make `swap` `noexcept`
5835 ##### Reason
5837  [A `swap` may not fail](#Rc-swap-fail).
5838 If a `swap` tries to exit with an exception, it's a bad design error and the program had better terminate.
5840 ##### Enforcement
5842 (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
5844 ### <a name="Rc-eq"></a>C.86: Make `==` symmetric with respect to operand types and `noexcept`
5846 ##### Reason
5848 Asymmetric treatment of operands is surprising and a source of errors where conversions are possible.
5849 `==` is a fundamental operations and programmers should be able to use it without fear of failure.
5851 ##### Example
5853     class X {
5854         string name;
5855         int number;
5856     };
5858     bool operator==(const X& a, const X& b) noexcept {
5859         return a.name == b.name && a.number == b.number;
5860     }
5862 ##### Example, bad
5864     class B {
5865         string name;
5866         int number;
5867         bool operator==(const B& a) const {
5868             return name == a.name && number == a.number;
5869         }
5870         // ...
5871     };
5873 `B`'s comparison accepts conversions for its second operand, but not its first.
5875 ##### Note
5877 If a class has a failure state, like `double`'s `NaN`, there is a temptation to make a comparison against the failure state throw.
5878 The alternative is to make two failure states compare equal and any valid state compare false against the failure state.
5880 #### Note
5882 This rule applies to all the usual comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
5884 ##### Enforcement
5886 * Flag an `operator==()` for which the argument types differ; same for other comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
5887 * Flag member `operator==()`s; same for other comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
5889 ### <a name="Rc-eq-base"></a>C.87: Beware of `==` on base classes
5891 ##### Reason
5893 It is really hard to write a foolproof and useful `==` for a hierarchy.
5895 ##### Example, bad
5897     class B {
5898         string name;
5899         int number;
5900         virtual bool operator==(const B& a) const
5901         {
5902              return name == a.name && number == a.number;
5903         }
5904         // ...
5905     };
5907 `B`'s comparison accepts conversions for its second operand, but not its first.
5909     class D :B {
5910         char character;
5911         virtual bool operator==(const D& a) const
5912         {
5913             return name == a.name && number == a.number && character == a.character;
5914         }
5915         // ...
5916     };
5918     B b = ...
5919     D d = ...
5920     b == d;    // compares name and number, ignores d's character
5921     d == b;    // error: no == defined
5922     D d2;
5923     d == d2;   // compares name, number, and character
5924     B& b2 = d2;
5925     b2 == d;   // compares name and number, ignores d2's and d's character
5927 Of course there are ways of making `==` work in a hierarchy, but the naive approaches do not scale
5929 #### Note
5931 This rule applies to all the usual comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
5933 ##### Enforcement
5935 * Flag a virtual `operator==()`; same for other comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
5937 ### <a name="Rc-hash"></a>C.89: Make a `hash` `noexcept`
5939 ##### Reason
5941 Users of hashed containers use hash indirectly and don't expect simple access to throw.
5942 It's a standard-library requirement.
5944 ##### Example, bad
5946     template<>
5947     struct hash<My_type> {  // thoroughly bad hash specialization
5948         using result_type = size_t;
5949         using argument_type = My_type;
5951         size_t operator() (const My_type & x) const
5952         {
5953             size_t xs = x.s.size();
5954             if (xs < 4) throw Bad_My_type{};    // "Nobody expects the Spanish inquisition!"
5955             return hash<size_t>()(x.s.size()) ^ trim(x.s);
5956         }
5957     };
5959     int main()
5960     {
5961         unordered_map<My_type, int> m;
5962         My_type mt{ "asdfg" };
5963         m[mt] = 7;
5964         cout << m[My_type{ "asdfg" }] << '\n';
5965     }
5967 If you have to define a `hash` specialization, try simply to let it combine standard-library `hash` specializations with `^` (xor).
5968 That tends to work better than "cleverness" for non-specialists.
5970 ##### Enforcement
5972 * Flag throwing `hash`es.
5974 ## <a name="SS-containers"></a>C.con: Containers and other resource handles
5976 A container is an object holding a sequence of objects of some type; `std::vector` is the archetypical container.
5977 A resource handle is a class that owns a resource; `std::vector` is the typical resource handle; its resource is its sequence of elements.
5979 Summary of container rules:
5981 * [C.100: Follow the STL when defining a container](#Rcon-stl)
5982 * [C.101: Give a container value semantics](#Rcon-val)
5983 * [C.102: Give a container move operations](#Rcon-move)
5984 * [C.103: Give a container an initializer list constructor](#Rcon-init)
5985 * [C.104: Give a container a default constructor that sets it to empty](#Rcon-empty)
5986 * [C.105: Give a constructor and `Extent` constructor](#Rcon-val)
5987 * ???
5988 * [C.109: If a resource handle has pointer semantics, provide `*` and `->`](#rcon-ptr)
5990 **See also**: [Resources](#S-resource)
5992 ## <a name="SS-lambdas"></a>C.lambdas: Function objects and lambdas
5994 A function object is an object supplying an overloaded `()` so that you can call it.
5995 A lambda expression (colloquially often shortened to "a lambda") is a notation for generating a function object.
5996 Function objects should be cheap to copy (and therefore [passed by value](#Rf-in)).
5998 Summary:
6000 * [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)
6001 * [F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms](#Rf-reference-capture)
6002 * [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)
6003 * [ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables](#Res-lambda-init)
6005 ## <a name="SS-hier"></a>C.hier: Class hierarchies (OOP)
6007 A class hierarchy is constructed to represent a set of hierarchically organized concepts (only).
6008 Typically base classes act as interfaces.
6009 There are two major uses for hierarchies, often named implementation inheritance and interface inheritance.
6011 Class hierarchy rule summary:
6013 * [C.120: Use class hierarchies to represent concepts with inherent hierarchical structure (only)](#Rh-domain)
6014 * [C.121: If a base class is used as an interface, make it a pure abstract class](#Rh-abstract)
6015 * [C.122: Use abstract classes as interfaces when complete separation of interface and implementation is needed](#Rh-separation)
6017 Designing rules for classes in a hierarchy summary:
6019 * [C.126: An abstract class typically doesn't need a constructor](#Rh-abstract-ctor)
6020 * [C.127: A class with a virtual function should have a virtual or protected destructor](#Rh-dtor)
6021 * [C.128: Virtual functions should specify exactly one of `virtual`, `override`, or `final`](#Rh-override)
6022 * [C.129: When designing a class hierarchy, distinguish between implementation inheritance and interface inheritance](#Rh-kind)
6023 * [C.130: Redefine or prohibit copying for a base class; prefer a virtual `clone` function instead](#Rh-copy)
6024 * [C.131: Avoid trivial getters and setters](#Rh-get)
6025 * [C.132: Don't make a function `virtual` without reason](#Rh-virtual)
6026 * [C.133: Avoid `protected` data](#Rh-protected)
6027 * [C.134: Ensure all non-`const` data members have the same access level](#Rh-public)
6028 * [C.135: Use multiple inheritance to represent multiple distinct interfaces](#Rh-mi-interface)
6029 * [C.136: Use multiple inheritance to represent the union of implementation attributes](#Rh-mi-implementation)
6030 * [C.137: Use `virtual` bases to avoid overly general base classes](#Rh-vbase)
6031 * [C.138: Create an overload set for a derived class and its bases with `using`](#Rh-using)
6032 * [C.139: Use `final` sparingly](#Rh-final)
6033 * [C.140: Do not provide different default arguments for a virtual function and an overrider](#Rh-virtual-default-arg)
6035 Accessing objects in a hierarchy rule summary:
6037 * [C.145: Access polymorphic objects through pointers and references](#Rh-poly)
6038 * [C.146: Use `dynamic_cast` where class hierarchy navigation is unavoidable](#Rh-dynamic_cast)
6039 * [C.147: Use `dynamic_cast` to a reference type when failure to find the required class is considered an error](#Rh-ptr-cast)
6040 * [C.148: Use `dynamic_cast` to a pointer type when failure to find the required class is considered a valid alternative](#Rh-ref-cast)
6041 * [C.149: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to avoid forgetting to `delete` objects created using `new`](#Rh-smart)
6042 * [C.150: Use `make_unique()` to construct objects owned by `unique_ptr`s](#Rh-make_unique)
6043 * [C.151: Use `make_shared()` to construct objects owned by `shared_ptr`s](#Rh-make_shared)
6044 * [C.152: Never assign a pointer to an array of derived class objects to a pointer to its base](#Rh-array)
6046 ### <a name="Rh-domain"></a>C.120: Use class hierarchies to represent concepts with inherent hierarchical structure (only)
6048 ##### Reason
6050 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.
6052 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.
6054 ##### Example
6056     ??? Good old Shape example?
6058 ##### Example, bad
6060 Do *not* represent non-hierarchical domain concepts as class hierarchies.
6062     template<typename T>
6063     class Container {
6064     public:
6065         // list operations:
6066         virtual T& get() = 0;
6067         virtual void put(T&) = 0;
6068         virtual void insert(Position) = 0;
6069         // ...
6070         // vector operations:
6071         virtual T& operator[](int) = 0;
6072         virtual void sort() = 0;
6073         // ...
6074         // tree operations:
6075         virtual void balance() = 0;
6076         // ...
6077     };
6079 Here most overriding classes cannot implement most of the functions required in the interface well.
6080 Thus the base class becomes an implementation burden.
6081 Furthermore, the user of `Container` cannot rely on the member functions actually performing a meaningful operations reasonably efficiently;
6082 it may throw an exception instead.
6083 Thus users have to resort to run-time checking and/or
6084 not using this (over)general interface in favor of a particular interface found by a run-time type inquiry (e.g., a `dynamic_cast`).
6086 ##### Enforcement
6088 * Look for classes with lots of members that do nothing but throw.
6089 * 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`.
6091 ### <a name="Rh-abstract"></a>C.121: If a base class is used as an interface, make it a pure abstract class
6093 ##### Reason
6095 A class is more stable (less brittle) if it does not contain data.
6096 Interfaces should normally be composed entirely of public pure virtual functions and a default/empty virtual destructor.
6098 ##### Example
6100     class My_interface {
6101     public:
6102         // ...only pure virtual functions here ...
6103         virtual ~My_interface() {}   // or =default
6104     };
6106 ##### Example, bad
6108     class Goof {
6109     public:
6110         // ...only pure virtual functions here ...
6111         // no virtual destructor
6112     };
6114     class Derived : public Goof {
6115         string s;
6116         // ...
6117     };
6119     void use()
6120     {
6121         unique_ptr<Goof> p {new Derived{"here we go"}};
6122         f(p.get()); // use Derived through the Goof interface
6123         g(p.get()); // use Derived through the Goof interface
6124     } // leak
6126 The `Derived` is `delete`d through its `Goof` interface, so its `string` is leaked.
6127 Give `Goof` a virtual destructor and all is well.
6130 ##### Enforcement
6132 * Warn on any class that contains data members and also has an overridable (non-`final`) virtual function.
6134 ### <a name="Rh-separation"></a>C.122: Use abstract classes as interfaces when complete separation of interface and implementation is needed
6136 ##### Reason
6138 Such as on an ABI (link) boundary.
6140 ##### Example
6142     struct Device {
6143         virtual void write(span<const char> outbuf) = 0;
6144         virtual void read(span<char> inbuf) = 0;
6145     };
6147     class D1 : public Device {
6148         // ... data ...
6150         void write(span<const char> outbuf) override;
6151         void read(span<char> inbuf) override;
6152     };
6154     class D2 : public Device {
6155         // ... different data ...
6157         void write(span<const char> outbuf) override;
6158         void read(span<char> inbuf) override;
6159     };
6161 A user can now use `D1`s and `D2`s interchangeably through the interface provided by `Device`.
6162 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`.
6164 ##### Enforcement
6166     ???
6168 ## C.hierclass: Designing classes in a hierarchy:
6170 ### <a name="Rh-abstract-ctor"></a>C.126: An abstract class typically doesn't need a constructor
6172 ##### Reason
6174 An abstract class typically does not have any data for a constructor to initialize.
6176 ##### Example
6178     ???
6180 ##### Exception
6182 * A base class constructor that does work, such as registering an object somewhere, may need a constructor.
6183 * In extremely rare cases, you might find it reasonable for an abstract class to have a bit of data shared by all derived classes
6184   (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.
6186 ##### Enforcement
6188 Flag abstract classes with constructors.
6190 ### <a name="Rh-dtor"></a>C.127: A class with a virtual function should have a virtual or protected destructor
6192 ##### Reason
6194 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).
6196 ##### Example, bad
6198     struct B {
6199         virtual int f() = 0;
6200         // ... no user-written destructor, defaults to public nonvirtual ...
6201     };
6203     // bad: derived from a class without a virtual destructor
6204     struct D : B {
6205         string s {"default"};
6206     };
6208     void use()
6209     {
6210         unique_ptr<B> p = make_unique<D>();
6211         // ...
6212     } // undefined behavior. May call B::~B only and leak the string
6214 ##### Note
6216 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`.
6218 ##### Enforcement
6220 * A class with any virtual functions should have a destructor that is either public and virtual or else protected and nonvirtual.
6221 * Flag `delete` of a class with a virtual function but no virtual destructor.
6223 ### <a name="Rh-override"></a>C.128: Virtual functions should specify exactly one of `virtual`, `override`, or `final`
6225 ##### Reason
6227 Readability.
6228 Detection of mistakes.
6229 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.
6231 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`.
6233 ##### Example, bad
6235     struct B {
6236         void f1(int);
6237         virtual void f2(int) const;
6238         virtual void f3(int);
6239         // ...
6240     };
6242     struct D : B {
6243         void f1(int);        // bad (hope for a warning): D::f1() hides B::f1()
6244         void f2(int) const;  // bad (but conventional and valid): no explicit override
6245         void f3(double);     // bad (hope for a warning): D::f3() hides B::f3()
6246         // ...
6247     };
6249     struct Better : B {
6250         void f1(int) override;        // error (caught): D::f1() hides B::f1()
6251         void f2(int) const override;
6252         void f3(double) override;     // error (caught): D::f3() hides B::f3()
6253         // ...
6254     };
6256 ##### Enforcement
6258 * Compare names in base and derived classes and flag uses of the same name that does not override.
6259 * Flag overrides with neither `override` nor `final`.
6260 * Flag function declarations that use more than one of `virtual`, `override`, and `final`.
6262 ### <a name="Rh-kind"></a>C.129: When designing a class hierarchy, distinguish between implementation inheritance and interface inheritance
6264 ##### Reason
6266 Implementation details in an interface makes the interface brittle;
6267 that is, makes its users vulnerable to having to recompile after changes in the implementation.
6268 Data in a base class increases the complexity of implementing the base and can lead to replication of code.
6270 ##### Note
6272 Definition:
6274 * interface inheritance is the use of inheritance to separate users from implementations,
6275 in particular to allow derived classes to be added and changed without affecting the users of base classes.
6276 * implementation inheritance is the use of inheritance to simplify implementation of new facilities
6277 by making useful operations available for implementers of related new operations (sometimes called "programming by difference").
6279 A pure interface class is simply a set of pure virtual functions; see [I.25](#Ri-abstract).
6281 In early OOP (e.g., in the 1980s and 1990s), implementation inheritance and interface inheritance were often mixed
6282 and bad habits die hard.
6283 Even now, mixtures are not uncommon in old code bases and in old-style teaching material.
6285 The importance of keeping the two kinds of inheritance increases
6287 * with the size of a hierarchy (e.g., dozens of derived classes),
6288 * with the length of time the hierarchy is used (e.g., decades), and
6289 * with the number of distinct organizations in which a hierarchy is used
6290 (e.g., it can be difficult to distribute an update to a base class)
6293 ##### Example, bad
6295     class Shape {   // BAD, mixed interface and implementation
6296     public:
6297         Shape();
6298         Shape(Point ce = {0, 0}, Color co = none): cent{ce}, col {co} { /* ... */}
6300         Point center() const { return cent; }
6301         Color color() const { return col; }
6303         virtual void rotate(int) = 0;
6304         virtual void move(Point p) { cent = p; redraw(); }
6306         virtual void redraw();
6308         // ...
6309     public:
6310         Point cent;
6311         Color col;
6312     };
6314     class Circle : public Shape {
6315     public:
6316         Circle(Point c, int r) :Shape{c}, rad{r} { /* ... */ }
6318         // ...
6319     private:
6320         int rad;
6321     };
6323     class Triangle : public Shape {
6324     public:
6325         Triangle(Point p1, Point p2, Point p3); // calculate center
6326         // ...
6327     };
6329 Problems:
6331 * As the hierarchy grows and more data is added to `Shape`, the constructors gets harder to write and maintain.
6332 * Why calculate the center for the `Triangle`? we may never us it.
6333 * Add a data member to `Shape` (e.g., drawing style or canvas)
6334 and all derived classes and all users needs to be reviewed, possibly changes, and probably recompiled.
6336 The implementation of `Shape::move()` is an example of implementation inheritance:
6337 we have defined `move()` once and for all for all derived classes.
6338 The more code there is in such base class member function implementations and the more data is shared by placing it in the base,
6339 the more benefits we gain - and the less stable the hierarchy is.
6341 ##### Example
6343 This Shape hierarchy can be rewritten using interface inheritance:
6345     class Shape {  // pure interface
6346     public:
6347         virtual Point center() const = 0;
6348         virtual Color color() const = 0;
6350         virtual void rotate(int) = 0;
6351         virtual void move(Point p) = 0;
6353         virtual void redraw() = 0;
6355         // ...
6356     };
6358 Note that a pure interface rarely have constructors: there is nothing to construct.
6360     class Circle : public Shape {
6361     public:
6362         Circle(Point c, int r, Color c) :cent{c}, rad{r}, col{c} { /* ... */ }
6364         Point center() const override { return cent; }
6365         Color color() const override { return col; }
6367         // ...
6368     private:
6369         Point cent;
6370         int rad;
6371         Color col;
6372     };
6374 The interface is now less brittle, but there is more work in implementing the member functions.
6375 For example, `center` has to be implemented by every class derived from `Shape`.
6377 ##### Example, dual hierarchy
6379 How can we gain the benefit of the stable hierarchies from implementation hierarchies and the benefit of implementation reuse from implementation inheritance.
6380 One popular technique is dual hierarchies.
6381 There are many ways of implementing the idea of dual hierarchies; here, we use a multiple-inheritance variant.
6383 First we devise a hierarchy of interface classes:
6385     class Shape {   // pure interface
6386     public:
6387         virtual Point center() const = 0;
6388         virtual Color color() const = 0;
6390         virtual void rotate(int) = 0;
6391         virtual void move(Point p) = 0;
6393         virtual void redraw() = 0;
6395         // ...
6396     };
6398     class Circle : public Shape {   // pure interface
6399     public:
6400         int radius() = 0;
6401         // ...
6402     };
6404 To make this interface useful, we must provide its implementation classes (here, named equivalently, but in the `Impl` namespace):
6406     class Impl::Shape : public Shape { // implementation
6407     public:
6408         // constructors, destructor
6409         // ...
6410         virtual Point center() const { /* ... */ }
6411         virtual Color color() const { /* ... */ }
6413         virtual void rotate(int) { /* ... */ }
6414         virtual void move(Point p) { /* ... */ }
6416         virtual void redraw() { /* ... */ }
6418         // ...
6419     };
6421 Now `Shape` is a poor example of a class with an implementation,
6422 but bear with us because this is just a simple example of a technique aimed at more complex hierarchies.
6425     class Impl::Circle : public Circle, public Impl::Shape {   // implementation
6426     public:
6427         // constructors, destructor
6429         int radius() { /* ... */ }
6430         // ...
6431     };
6433 And we could extend the hierarchies by adding a Smiley class (:-)):
6435     class Smiley : public Circle { // pure interface
6436     public:
6437         // ...
6438     };
6440     class Impl::Smiley : Public Smiley, public Impl::Circle {   // implementation
6441     public:
6442         // constructors, destructor
6443         // ...
6444     }
6446 There are now two hierarchies:
6448 * interface: Smiley -> Circle -> Shape
6449 * implementation: Impl::Smiley -> Impl::Circle -> Impl::Shape
6451 Since each implementation derived from its interface as well as its implementation base class we get a lattice (DAG):
6453     Smiley     ->         Circle     ->  Shape
6454       ^                     ^               ^
6455       |                     |               |
6456     Impl::Smiley -> Impl::Circle -> Impl::Shape
6458 As mentioned, this is just one way to construct a dual hierarchy.
6460 Another (related) technique for separating interface and implementation is [PIMPL](#???).
6462 ##### Note
6464 There is often a choice between offering common functionality as (implemented) base class functions and free-standing functions
6465 (in an implementation namespace).
6466 Base classes gives a shorter notation and easier access to shared data (in the base)
6467 at the cost of the functionality being available only to users of the hierarchy.
6469 ##### Enforcement
6471 * Flag a derived to base conversion to a base with both data and virtual functions
6472 (except for calls from a derived class member to a base class member)
6473 * ???
6476 ### <a name="Rh-copy"></a>C.130: Redefine or prohibit copying for a base class; prefer a virtual `clone` function instead
6478 ##### Reason
6480 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).
6482 ##### Example
6484     class Base {
6485     public:
6486         virtual owner<Base*> clone() = 0;
6487         virtual ~Base() = 0;
6489         Base(const Base&) = delete;
6490         Base& operator=(const Base&) = delete;
6491     };
6493     class Derived : public Base {
6494     public:
6495         owner<Derived*> clone() override;
6496         virtual ~Derived() override;
6497     };
6499 Note that because of language rules, the covariant return type cannot be a smart pointer. See also [C.67](#Rc-copy-virtual).
6501 ##### Enforcement
6503 * Flag a class with a virtual function and a non-user-defined copy operation.
6504 * Flag an assignment of base class objects (objects of a class from which another has been derived).
6506 ### <a name="Rh-get"></a>C.131: Avoid trivial getters and setters
6508 ##### Reason
6510 A trivial getter or setter adds no semantic value; the data item could just as well be `public`.
6512 ##### Example
6514     class Point {   // Bad: verbose
6515         int x;
6516         int y;
6517     public:
6518         Point(int xx, int yy) : x{xx}, y{yy} { }
6519         int get_x() const { return x; }
6520         void set_x(int xx) { x = xx; }
6521         int get_y() const { return y; }
6522         void set_y(int yy) { y = yy; }
6523         // no behavioral member functions
6524     };
6526 Consider making such a class a `struct` -- that is, a behaviorless bunch of variables, all public data and no member functions.
6528     struct Point {
6529         int x {0};
6530         int y {0};
6531     };
6533 Note that we can put default initializers on member variables: [C.49: Prefer initialization to assignment in constructors](#Rc-initialize).
6535 ##### Note
6537 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).
6539 ##### Enforcement
6541 Flag multiple `get` and `set` member functions that simply access a member without additional semantics.
6543 ### <a name="Rh-virtual"></a>C.132: Don't make a function `virtual` without reason
6545 ##### Reason
6547 Redundant `virtual` increases run-time and object-code size.
6548 A virtual function can be overridden and is thus open to mistakes in a derived class.
6549 A virtual function ensures code replication in a templated hierarchy.
6551 ##### Example, bad
6553     template<class T>
6554     class Vector {
6555     public:
6556         // ...
6557         virtual int size() const { return sz; }   // bad: what good could a derived class do?
6558     private:
6559         T* elem;   // the elements
6560         int sz;    // number of elements
6561     };
6563 This kind of "vector" isn't meant to be used as a base class at all.
6565 ##### Enforcement
6567 * Flag a class with virtual functions but no derived classes.
6568 * Flag a class where all member functions are virtual and have implementations.
6570 ### <a name="Rh-protected"></a>C.133: Avoid `protected` data
6572 ##### Reason
6574 `protected` data is a source of complexity and errors.
6575 `protected` data complicated the statement of invariants.
6576 `protected` data inherently violates the guidance against putting data in base classes, which usually leads to having to deal virtual inheritance as well.
6578 ##### Example
6580     ???
6582 ##### Note
6584 Protected member function can be just fine.
6586 ##### Enforcement
6588 Flag classes with `protected` data.
6590 ### <a name="Rh-public"></a>C.134: Ensure all non-`const` data members have the same access level
6592 ##### Reason
6594 Prevention of logical confusion leading to errors.
6595 If the non-`const` data members don't have the same access level, the type is confused about what it's trying to do.
6596 Is it a type that maintains an invariant or simply a collection of values?
6598 ##### Discussion
6600 The core question is: What code is responsible for maintaining a meaningful/correct value for that variable?
6602 There are exactly two kinds of data members:
6604 * A: Ones that don't participate in the object's invariant. Any combination of values for these members is valid.
6605 * 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.
6607 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.
6609 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.
6611 Most classes are either all A or all B:
6613 * *All public*: If you're writing an aggregate bundle-of-variables without an invariant across those variables, then all the variables should be `public`.
6614   [By convention, declare such classes `struct` rather than `class`](#Rc-struct)
6615 * *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.
6617 ##### Exception
6619 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`).
6621 ##### Enforcement
6623 Flag any class that has non-`const` data members with different access levels.
6625 ### <a name="Rh-mi-interface"></a>C.135: Use multiple inheritance to represent multiple distinct interfaces
6627 ##### Reason
6629 Not all classes will necessarily support all interfaces, and not all callers will necessarily want to deal with all operations.
6630 Especially to break apart monolithic interfaces into "aspects" of behavior supported by a given derived class.
6632 ##### Example
6634     class iostream : public istream, public ostream {   // very simplified
6635         // ...
6636     };
6638 `istream` provides the interface to input operations; `ostream` provides the interface to output operations.
6639 `iostream` provides the union of the `istream` and `ostream` interfaces and the synchronization needed to allow both on a single stream. 
6641 ##### Note
6643 This is a very common use of inheritance because the need for multiple different interfaces to an implementation is common
6644 and such interfaces are often not easily or naturally organized into a single-rooted hierarchy.
6646 ##### Note
6648 Such interfaces are typically abstract classes.
6650 ##### Enforcement
6654 ### <a name="Rh-mi-implementation"></a>C.136: Use multiple inheritance to represent the union of implementation attributes
6656 ##### Reason
6658 Some forms of mixins have state and often operations on that state.
6659 If the operations are virtual the use of inheritance is necessary, if not using inheritance can avoid boilerplate and forwarding.
6661 ##### Example
6663       class iostream : public istream, public ostream {   // very simplified
6664         // ...
6665     };
6667 `istream` provides the interface to input operations (and some data); `ostream` provides the interface to output operations (and some data).
6668 `iostream` provides the union of the `istream` and `ostream` interfaces and the synchronization needed to allow both on a single stream. 
6670 ##### Note
6672 This a relatively rare use because implementation can often be organized into a single-rooted hierarchy.
6674 ##### Enforcement
6676 ??? 
6678 ### <a name="Rh-vbase"></a>C.137: Use `virtual` bases to avoid overly general base classes
6680 ##### Reason
6682  ???
6684 ##### Example
6686     ???
6688 ##### Note
6692 ##### Enforcement
6696 ### <a name="Rh-using"></a>C.138: Create an overload set for a derived class and its bases with `using`
6698 ##### Reason
6700 Without a using declaration, member functions in the derived class hide the entire inherited overload sets.
6702 ##### Example, bad
6704     #include <iostream>
6705     class B {
6706     public:
6707         virtual int f(int i) { std::cout << "f(int): "; return i; }
6708         virtual double f(double d) { std::cout << "f(double): "; return d; }
6709     };
6710     class D: public B {
6711     public:
6712         int f(int i) override { std::cout << "f(int): "; return i+1; }
6713     };
6714     int main()
6715     {
6716         D d;
6717         std::cout << d.f(2) << '\n';   // prints "f(int): 3"
6718         std::cout << d.f(2.3) << '\n'; // prints "f(int): 3"
6719     }
6721 ##### Example, good
6723     class D: public B {
6724     public:
6725         int f(int i) override { std::cout << "f(int): "; return i+1; }
6726         using B::f; // exposes f(double)
6727     };
6729 ##### Note
6731 This issue affects both virtual and non-virtual member functions
6733 For variadic bases, C++17 introduced a variadic form of the using-declaration,
6735     template <class... Ts>
6736     struct Overloader : Ts... {
6737         using Ts::operator()...; // exposes operator() from every base
6738     };
6740 ##### Enforcement
6742 Diagnose name hiding
6744 ### <a name="Rh-final"></a>C.139: Use `final` sparingly
6746 ##### Reason
6748 Capping a hierarchy with `final` is rarely needed for logical reasons and can be damaging to the extensibility of a hierarchy.
6749 Capping an individual virtual function with `final` is error-prone as that `final` can easily be overlooked when defining/overriding a set of functions.
6751 ##### Example, bad
6753     class Widget { /* ... */ };
6755     // nobody will ever want to improve My_widget (or so you thought)
6756     class My_widget final : public Widget { /* ... */ };
6758     class My_improved_widget : public My_widget { /* ... */ };  // error: can't do that
6760 ##### Example, bad
6762     struct Interface {
6763         virtual int f() = 0;
6764         virtual int g() = 0;
6765     };
6767     class My_implementation : public Interface {
6768         int f() override;
6769         int g() final;  // I want g() to be FAST!
6770         // ...
6771     };
6773     class Better_implementation : public My_implementation {
6774         int f();
6775         int g();
6776         // ...
6777     };
6779     void use(Interface* p)
6780     {
6781         int x = p->f();    // Better_implementation::f()
6782         int y = p->g();    // My_implementation::g() Surprise?
6783     }
6785     // ...
6787     use(new Better_implementation{});
6789 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.
6790 Consistent use of `override` would catch this.
6792 ##### Note
6794 Claims of performance improvements from `final` should be substantiated.
6795 Too often, such claims are based on conjecture or experience with other languages.
6797 There are examples where `final` can be important for both logical and performance reasons.
6798 One example is a performance-critical AST hierarchy in a compiler or language analysis tool.
6799 New derived classes are not added every year and only by library implementers.
6800 However, misuses are (or at least have been) far more common.
6802 ##### Enforcement
6804 Flag uses of `final`.
6807 ## <a name="Rh-virtual-default-arg"></a>C.140: Do not provide different default arguments for a virtual function and an overrider
6809 ##### Reason
6811 That can cause confusion: An overrider does not inherit default arguments.
6813 ##### Example, bad
6815     class Base {
6816     public:
6817         virtual int multiply(int value, int factor = 2) = 0;
6818     };
6820     class Derived : public Base {
6821     public:
6822         int multiply(int value, int factor = 10) override;
6823     };
6825     Derived d;
6826     Base& b = d;
6828     b.multiply(10);  // these two calls will call the same function but
6829     d.multiply(10);  // with different arguments and so different results
6831 ##### Enforcement
6833 Flag default arguments on virtual functions if they differ between base and derived declarations.
6835 ## C.hier-access: Accessing objects in a hierarchy
6837 ### <a name="Rh-poly"></a>C.145: Access polymorphic objects through pointers and references
6839 ##### Reason
6841 If you have a class with a virtual function, you don't (in general) know which class provided the function to be used.
6843 ##### Example
6845     struct B { int a; virtual int f(); };
6846     struct D : B { int b; int f() override; };
6848     void use(B b)
6849     {
6850         D d;
6851         B b2 = d;   // slice
6852         B b3 = b;
6853     }
6855     void use2()
6856     {
6857         D d;
6858         use(d);   // slice
6859     }
6861 Both `d`s are sliced.
6863 ##### Exception
6865 You can safely access a named polymorphic object in the scope of its definition, just don't slice it.
6867     void use3()
6868     {
6869         D d;
6870         d.f();   // OK
6871     }
6873 ##### Enforcement
6875 Flag all slicing.
6877 ### <a name="Rh-dynamic_cast"></a>C.146: Use `dynamic_cast` where class hierarchy navigation is unavoidable
6879 ##### Reason
6881 `dynamic_cast` is checked at run time.
6883 ##### Example
6885     struct B {   // an interface
6886         virtual void f();
6887         virtual void g();
6888     };
6890     struct D : B {   // a wider interface
6891         void f() override;
6892         virtual void h();
6893     };
6895     void user(B* pb)
6896     {
6897         if (D* pd = dynamic_cast<D*>(pb)) {
6898             // ... use D's interface ...
6899         }
6900         else {
6901             // ... make do with B's interface ...
6902         }
6903     }
6905 ##### Note
6907 Like other casts, `dynamic_cast` is overused.
6908 [Prefer virtual functions to casting](#???).
6909 Prefer [static polymorphism](#???) to hierarchy navigation where it is possible (no run-time resolution necessary)
6910 and reasonably convenient.
6912 ##### Note
6914 Some people use `dynamic_cast` where a `typeid` would have been more appropriate;
6915 `dynamic_cast` is a general "is kind of" operation for discovering the best interface to an object,
6916 whereas `typeid` is a "give me the exact type of this object" operation to discover the actual type of an object.
6917 The latter is an inherently simpler operation that ought to be faster.
6918 The latter (`typeid`) is easily hand-crafted if necessary (e.g., if working on a system where RTTI is -- for some reason -- prohibited),
6919 the former (`dynamic_cast`) is far harder to implement correctly in general.
6921 Consider:
6923     struct B {
6924         const char * name {"B"};
6925         virtual const char* id() const { return name; }
6926         // ...
6927     };
6929     struct D : B {
6930         const char * name {"D"};
6931         const char* id() const override { return name; }
6932         // ...
6933     };
6935     void use()
6936     {
6937         B* pb1 = new B;
6938         B* pb2 = new D;
6940         cout << pb1->id(); // "B"
6941         cout << pb2->id(); // "D"
6943         if (pb1->id() == pb2->id()) // *pb1 is the same type as *pb2
6944         if (pb2->id() == "D") {         // looks innocent
6945             D* pd = static_cast<D*>(pb1);
6946             // ...
6947         }
6948         // ...
6949     }
6951 The result of `pb2->id() == "D"` is actually implementation defined.
6952 We added it to warn of the dangers of home-brew RTTI.
6953 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.
6955 If you implement your own RTTI, be careful.
6957 ##### Exception
6959 If your implementation provided a really slow `dynamic_cast`, you may have to use a workaround.
6960 However, all workarounds that cannot be statically resolved involve explicit casting (typically `static_cast`) and are error-prone.
6961 You will basically be crafting your own special-purpose `dynamic_cast`.
6962 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)
6963 and that your use of `dynamic_cast` is really performance critical.
6965 We are of the opinion that current implementations of `dynamic_cast` are unnecessarily slow.
6966 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).
6967 However, compatibility makes changes difficult even if all agree that an effort to optimize is worthwhile.
6969 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.
6971 ##### Enforcement
6973 Flag all uses of `static_cast` for downcasts, including C-style casts that perform a `static_cast`.
6975 ### <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
6977 ##### Reason
6979 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.
6981 ##### Example
6983     ???
6985 ##### Enforcement
6989 ### <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
6991 ##### Reason
6995 ##### Example
6997     ???
6999 ##### Enforcement
7003 ### <a name="Rh-smart"></a>C.149: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to avoid forgetting to `delete` objects created using `new`
7005 ##### Reason
7007 Avoid resource leaks.
7009 ##### Example
7011     void use(int i)
7012     {
7013         auto p = new int {7};           // bad: initialize local pointers with new
7014         auto q = make_unique<int>(9);   // ok: guarantee the release of the memory allocated for 9
7015         if (0 < i) return;              // maybe return and leak
7016         delete p;                       // too late
7017     }
7019 ##### Enforcement
7021 * Flag initialization of a naked pointer with the result of a `new`
7022 * Flag `delete` of local variable
7024 ### <a name="Rh-make_unique"></a>C.150: Use `make_unique()` to construct objects owned by `unique_ptr`s
7026 ##### Reason
7028  `make_unique` gives a more concise statement of the construction.
7029 It also ensures exception safety in complex expressions.
7031 ##### Example
7033     unique_ptr<Foo> p {new<Foo>{7}};   // OK: but repetitive
7035     auto q = make_unique<Foo>(7);      // Better: no repetition of Foo
7037     // Not exception-safe: the compiler may interleave the computations of arguments as follows:
7038     //
7039     // 1. allocate memory for Foo,
7040     // 2. construct Foo,
7041     // 3. call bar,
7042     // 4. construct unique_ptr<Foo>.
7043     //
7044     // If bar throws, Foo will not be destroyed, and the memory allocated for it will leak.
7045     f(unique_ptr<Foo>(new Foo()), bar());
7047     // Exception-safe: calls to functions are never interleaved.
7048     f(make_unique<Foo>(), bar());
7050 ##### Enforcement
7052 * Flag the repetitive usage of template specialization list `<Foo>`
7053 * Flag variables declared to be `unique_ptr<Foo>`
7055 ### <a name="Rh-make_shared"></a>C.151: Use `make_shared()` to construct objects owned by `shared_ptr`s
7057 ##### Reason
7059  `make_shared` gives a more concise statement of the construction.
7060 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.
7062 ##### Example
7064     // OK: but repetitive; and separate allocations for the Foo and shared_ptr's use count
7065     shared_ptr<Foo> p {new<Foo>{7}};
7067     auto q = make_shared<Foo>(7);   // Better: no repetition of Foo; one object
7069 ##### Enforcement
7071 * Flag the repetitive usage of template specialization list`<Foo>`
7072 * Flag variables declared to be `shared_ptr<Foo>`
7074 ### <a name="Rh-array"></a>C.152: Never assign a pointer to an array of derived class objects to a pointer to its base
7076 ##### Reason
7078 Subscripting the resulting base pointer will lead to invalid object access and probably to memory corruption.
7080 ##### Example
7082     struct B { int x; };
7083     struct D : B { int y; };
7085     void use(B*);
7087     D a[] = {{1, 2}, {3, 4}, {5, 6}};
7088     B* p = a;     // bad: a decays to &a[0] which is converted to a B*
7089     p[1].x = 7;   // overwrite D[0].y
7091     use(a);       // bad: a decays to &a[0] which is converted to a B*
7093 ##### Enforcement
7095 * Flag all combinations of array decay and base to derived conversions.
7096 * 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`
7098 ## <a name="SS-overload"></a>C.over: Overloading and overloaded operators
7100 You can overload ordinary functions, template functions, and operators.
7101 You cannot overload function objects.
7103 Overload rule summary:
7105 * [C.160: Define operators primarily to mimic conventional usage](#Ro-conventional)
7106 * [C.161: Use nonmember functions for symmetric operators](#Ro-symmetric)
7107 * [C.162: Overload operations that are roughly equivalent](#Ro-equivalent)
7108 * [C.163: Overload only for operations that are roughly equivalent](#Ro-equivalent-2)
7109 * [C.164: Avoid conversion operators](#Ro-conversion)
7110 * [C.165: Use `using` for customization points](#Ro-custom)
7111 * [C.166: Overload unary `&` only as part of a system of smart pointers and references](#Ro-address-of)
7112 * [C.167: Use an operator for an operation with its conventional meaning](#Ro-overload)
7113 * [C.168: Define overloaded operators in the namespace of their operands](#Ro-namespace)
7114 * [C.170: If you feel like overloading a lambda, use a generic lambda](#Ro-lambda)
7116 ### <a name="Ro-conventional"></a>C.160: Define operators primarily to mimic conventional usage
7118 ##### Reason
7120 Minimize surprises.
7122 ##### Example
7124     class X {
7125     public:
7126         // ...
7127         X& operator=(const X&); // member function defining assignment
7128         friend bool operator==(const X&, const X&); // == needs access to representation
7129                                                     // after a = b we have a == b
7130         // ...
7131     };
7133 Here, the conventional semantics is maintained: [Copies compare equal](#SS-copy).
7135 ##### Example, bad
7137     X operator+(X a, X b) { return a.v - b.v; }   // bad: makes + subtract
7139 ##### Note
7141 Non-member operators should be either friends or defined in [the same namespace as their operands](#Ro-namespace).
7142 [Binary operators should treat their operands equivalently](#Ro-symmetric).
7144 ##### Enforcement
7146 Possibly impossible.
7148 ### <a name="Ro-symmetric"></a>C.161: Use nonmember functions for symmetric operators
7150 ##### Reason
7152 If you use member functions, you need two.
7153 Unless you use a non-member function for (say) `==`, `a == b` and `b == a` will be subtly different.
7155 ##### Example
7157     bool operator==(Point a, Point b) { return a.x == b.x && a.y == b.y; }
7159 ##### Enforcement
7161 Flag member operator functions.
7163 ### <a name="Ro-equivalent"></a>C.162: Overload operations that are roughly equivalent
7165 ##### Reason
7167 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.
7169 ##### Example
7171 Consider:
7173     void print(int a);
7174     void print(int a, int base);
7175     void print(const string&);
7177 These three functions all print their arguments (appropriately). Conversely:
7179     void print_int(int a);
7180     void print_based(int a, int base);
7181     void print_string(const string&);
7183 These three functions all print their arguments (appropriately). Adding to the name just introduced verbosity and inhibits generic code.
7185 ##### Enforcement
7189 ### <a name="Ro-equivalent-2"></a>C.163: Overload only for operations that are roughly equivalent
7191 ##### Reason
7193 Having the same name for logically different functions is confusing and leads to errors when using generic programming.
7195 ##### Example
7197 Consider:
7199     void open_gate(Gate& g);   // remove obstacle from garage exit lane
7200     void fopen(const char* name, const char* mode);   // open file
7202 The two operations are fundamentally different (and unrelated) so it is good that their names differ. Conversely:
7204     void open(Gate& g);   // remove obstacle from garage exit lane
7205     void open(const char* name, const char* mode ="r");   // open file
7207 The two operations are still fundamentally different (and unrelated) but the names have been reduced to their (common) minimum, opening opportunities for confusion.
7208 Fortunately, the type system will catch many such mistakes.
7210 ##### Note
7212 Be particularly careful about common and popular names, such as `open`, `move`, `+`, and `==`.
7214 ##### Enforcement
7218 ### <a name="Ro-conversion"></a>C.164: Avoid conversion operators
7220 ##### Reason
7222 Implicit conversions can be essential (e.g., `double` to `int`) but often cause surprises (e.g., `String` to C-style string).
7224 ##### Note
7226 Prefer explicitly named conversions until a serious need is demonstrated.
7227 By "serious need" we mean a reason that is fundamental in the application domain (such as an integer to complex number conversion)
7228 and frequently needed. Do not introduce implicit conversions (through conversion operators or non-`explicit` constructors)
7229 just to gain a minor convenience.
7231 ##### Example, bad
7233     class String {   // handle ownership and access to a sequence of characters
7234         // ...
7235         String(czstring p); // copy from *p to *(this->elem)
7236         // ...
7237         operator zstring() { return elem; }
7238         // ...
7239     };
7241     void user(zstring p)
7242     {
7243         if (*p == "") {
7244             String s {"Trouble ahead!"};
7245             // ...
7246             p = s;
7247         }
7248         // use p
7249     }
7251 The string allocated for `s` and assigned to `p` is destroyed before it can be used.
7253 ##### Enforcement
7255 Flag all conversion operators.
7257 ### <a name="Ro-custom"></a>C.165: Use `using` for customization points
7259 ##### Reason
7261 To find function objects and functions defined in a separate namespace to "customize" a common function.
7263 ##### Example
7265 Consider `swap`. It is a general (standard library) function with a definition that will work for just about any type.
7266 However, it is desirable to define specific `swap()`s for specific types.
7267 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.
7269     namespace N {
7270         My_type X { /* ... */ };
7271         void swap(X&, X&);   // optimized swap for N::X
7272         // ...
7273     }
7275     void f1(N::X& a, N::X& b)
7276     {
7277         std::swap(a, b);   // probably not what we wanted: calls std::swap()
7278     }
7280 The `std::swap()` in `f1()` does exactly what we asked it to do: it calls the `swap()` in namespace `std`.
7281 Unfortunately, that's probably not what we wanted.
7282 How do we get `N::X` considered?
7284     void f2(N::X& a, N::X& b)
7285     {
7286         swap(a, b);   // calls N::swap
7287     }
7289 But that may not be what we wanted for generic code.
7290 There, we typically want the specific function if it exists and the general function if not.
7291 This is done by including the general function in the lookup for the function:
7293     void f3(N::X& a, N::X& b)
7294     {
7295         using std::swap;  // make std::swap available
7296         swap(a, b);        // calls N::swap if it exists, otherwise std::swap
7297     }
7299 ##### Enforcement
7301 Unlikely, except for known customization points, such as `swap`.
7302 The problem is that the unqualified and qualified lookups both have uses.
7304 ### <a name="Ro-address-of"></a>C.166: Overload unary `&` only as part of a system of smart pointers and references
7306 ##### Reason
7308 The `&` operator is fundamental in C++.
7309 Many parts of the C++ semantics assumes its default meaning.
7311 ##### Example
7313     class Ptr { // a somewhat smart pointer
7314         Ptr(X* pp) :p(pp) { /* check */ }
7315         X* operator->() { /* check */ return p; }
7316         X operator[](int i);
7317         X operator*();
7318     private:
7319         T* p;
7320     };
7322     class X {
7323         Ptr operator&() { return Ptr{this}; }
7324         // ...
7325     };
7327 ##### Note
7329 If you "mess with" operator `&` be sure that its definition has matching meanings for `->`, `[]`, `*`, and `.` on the result type.
7330 Note that operator `.` currently cannot be overloaded so a perfect system is impossible.
7331 We hope to remedy that: <http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4477.pdf>.
7332 Note that `std::addressof()` always yields a built-in pointer.
7334 ##### Enforcement
7336 Tricky. Warn if `&` is user-defined without also defining `->` for the result type.
7338 ### <a name="Ro-namespace"></a>C.168: Define overloaded operators in the namespace of their operands
7340 ##### Reason
7342 Readability.
7343 Ability for find operators using ADL.
7344 Avoiding inconsistent definition in different namespaces
7346 ##### Example
7348     struct S { };
7349     bool operator==(S, S);   // OK: in the same namespace as S, and even next to S
7350     S s;
7352     bool x = (s == s);
7354 This is what a default `==` would do, if we had such defaults.
7356 ##### Example
7358     namespace N {
7359         struct S { };
7360         bool operator==(S, S);   // OK: in the same namespace as S, and even next to S
7361     }
7363     N::S s;
7365     bool x = (s == s);  // finds N::operator==() by ADL
7367 ##### Example, bad
7369     struct S { };
7370     S s;
7372     namespace N {
7373         S::operator!(S a) { return true; }
7374         S not_s = !s;
7375     }
7377     namespace M {
7378         S::operator!(S a) { return false; }
7379         S not_s = !s;
7380     }
7382 Here, the meaning of `!s` differs in `N` and `M`.
7383 This can be most confusing.
7384 Remove the definition of `namespace M` and the confusion is replaced by an opportunity to make the mistake.
7386 ##### Note
7388 If a binary operator is defined for two types that are defined in different namespaces, you cannot follow this rule.
7389 For example:
7391     Vec::Vector operator*(const Vec::Vector&, const Mat::Matrix&);
7393 This may be something best avoided.
7395 ##### See also
7397 This is a special case of the rule that [helper functions should be defined in the same namespace as their class](#Rc-helper).
7399 ##### Enforcement
7401 * Flag operator definitions that are not it the namespace of their operands
7403 ### <a name="Ro-overload"></a>C.167: Use an operator for an operation with its conventional meaning
7405 ##### Reason
7407 Readability. Convention. Reusability. Support for generic code
7409 ##### Example
7411     void cout_my_class(const My_class& c) // confusing, not conventional,not generic
7412     {
7413         std::cout << /* class members here */;
7414     }
7416     std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const my_class& c) // OK
7417     {
7418         return os << /* class members here */;
7419     }
7421 By itself, `cout_my_class` would be OK, but it is not usable/composable with code that rely on the `<<` convention for output:
7423     My_class var { /* ... */ };
7424     // ...
7425     cout << "var = " << var << '\n';
7427 ##### Note
7429 There are strong and vigorous conventions for the meaning most operators, such as
7431 * comparisons (`==`, `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`),
7432 * arithmetic operations (`+`, `-`, `*`, `/`, and `%`)
7433 * access operations (`.`, `->`, unary `*`, and `[]`)
7434 * assignment (`=`)
7436 Don't define those unconventionally and don't invent your own names for them.
7438 ##### Enforcement
7440 Tricky. Requires semantic insight.
7442 ### <a name="Ro-lambda"></a>C.170: If you feel like overloading a lambda, use a generic lambda
7444 ##### Reason
7446 You cannot overload by defining two different lambdas with the same name.
7448 ##### Example
7450     void f(int);
7451     void f(double);
7452     auto f = [](char);   // error: cannot overload variable and function
7454     auto g = [](int) { /* ... */ };
7455     auto g = [](double) { /* ... */ };   // error: cannot overload variables
7457     auto h = [](auto) { /* ... */ };   // OK
7459 ##### Enforcement
7461 The compiler catches the attempt to overload a lambda.
7463 ## <a name="SS-union"></a>C.union: Unions
7465 A `union` is a `struct` where all members start at the same address so that it can hold only one member at a time.
7466 A `union` does not keep track of which member is stored so the programmer has to get it right;
7467 this is inherently error-prone, but there are ways to compensate.
7469 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*.
7471 Union rule summary:
7473 * [C.180: Use `union`s to save Memory](#Ru-union)
7474 * [C.181: Avoid "naked" `union`s](#Ru-naked)
7475 * [C.182: Use anonymous `union`s to implement tagged unions](#Ru-anonymous)
7476 * [C.183: Don't use a `union` for type punning](#Ru-pun)
7477 * ???
7479 ### <a name="Ru-union"></a>C.180: Use `union`s to save memory
7481 ##### Reason
7483 A `union` allows a single piece of memory to be used for different types of objects at different times.
7484 Consequently, it can be used to save memory when we have several objects that are never used at the same time.
7486 ##### Example
7488     union Value {
7489         int x;
7490         double d;
7491     };
7493     Value v = { 123 };  // now v holds an int
7494     cout << v.x << '\n';    // write 123
7495     v.d = 987.654;  // now v holds a double
7496     cout << v.d << '\n';    // write 987.654
7498 But heed the warning: [Avoid "naked" `union`s](#Ru-naked)
7500 ##### Example
7502     // Short-string optimization
7504     constexpr size_t buffer_size = 16; // Slightly larger than the size of a pointer
7506     class Immutable_string {
7507     public:
7508         Immutable_string(const char* str) :
7509             size(strlen(str))
7510         {
7511             if (size < buffer_size)
7512                 strcpy_s(string_buffer, buffer_size, str);
7513             else {
7514                 string_ptr = new char[size + 1];
7515                 strcpy_s(string_ptr, size + 1, str);
7516             }
7517         }
7519         ~Immutable_string()
7520         {
7521             if (size >= buffer_size)
7522                 delete string_ptr;
7523         }
7525         const char* get_str() const
7526         {
7527             return (size < buffer_size) ? string_buffer : string_ptr;
7528         }
7530     private:
7531         // If the string is short enough, we store the string itself
7532         // instead of a pointer to the string.
7533         union {
7534             char* string_ptr;
7535             char string_buffer[buffer_size];
7536         };
7538         const size_t size;
7539     };
7541 ##### Enforcement
7545 ### <a name="Ru-naked"></a>C.181: Avoid "naked" `union`s
7547 ##### Reason
7549 A *naked union* is a union without an associated indicator which member (if any) it holds,
7550 so that the programmer has to keep track.
7551 Naked unions are a source of type errors.
7553 ###### Example, bad
7555     union Value {
7556         int x;
7557         double d;
7558     };
7560     Value v;
7561     v.d = 987.654;  // v holds a double
7563 So far, so good, but we can easily misuse the `union`:
7565     cout << v.x << '\n';    // BAD, undefined behavior: v holds a double, but we read it as an int
7567 Note that the type error happened without any explicit cast.
7568 When we tested that program the last value printed was `1683627180` which it the integer value for the bit pattern for `987.654`.
7569 What we have here is an "invisible" type error that happens to give a result that could easily look innocent.
7571 And, talking about "invisible", this code produced no output:
7573     v.x = 123;
7574     cout << v.d << '\n';    // BAD: undefined behavior
7576 ###### Alternative
7578 Wrap a `union` in a class together with a type field.
7580 The soon-to-be-standard `variant` type (to be found in `<variant>`) does that for you:
7582     variant<int, double> v;
7583     v = 123;        // v holds an int
7584     int x = get<int>(v);
7585     v = 123.456;    // v holds a double
7586     w = get<double>(v);
7588 ##### Enforcement
7592 ### <a name="Ru-anonymous"></a>C.182: Use anonymous `union`s to implement tagged unions
7594 ##### Reason
7596 A well-designed tagged union is type safe.
7597 An *anonymous* union simplifies the definition of a class with a (tag, union) pair.
7599 ##### Example
7601 This example is mostly borrowed from TC++PL4 pp216-218.
7602 You can look there for an explanation.
7604 The code is somewhat elaborate.
7605 Handling a type with user-defined assignment and destructor is tricky.
7606 Saving programmers from having to write such code is one reason for including `variant` in the standard.
7608     class Value { // two alternative representations represented as a union
7609     private:
7610         enum class Tag { number, text };
7611         Tag type; // discriminant
7613         union { // representation (note: anonymous union)
7614             int i;
7615             string s; // string has default constructor, copy operations, and destructor
7616         };
7617     public:
7618         struct Bad_entry { }; // used for exceptions
7620         ~Value();
7621         Value& operator=(const Value&);   // necessary because of the string variant
7622         Value(const Value&);
7623         // ...
7624         int number() const;
7625         string text() const;
7627         void set_number(int n);
7628         void set_text(const string&);
7629         // ...
7630     };
7632     int Value::number() const
7633     {
7634         if (type != Tag::number) throw Bad_entry{};
7635         return i;
7636     }
7638     string Value::text() const
7639     {
7640         if (type != Tag::text) throw Bad_entry{};
7641         return s;
7642     }
7644     void Value::set_number(int n)
7645     {
7646         if (type == Tag::text) {
7647             s.~string();      // explicitly destroy string
7648             type = Tag::number;
7649         }
7650         i = n;
7651     }
7653     void Value::set_text(const string& ss)
7654     {
7655         if (type == Tag::text)
7656             s = ss;
7657         else {
7658             new(&s) string{ss};   // placement new: explicitly construct string
7659             type = Tag::text;
7660         }
7661     }
7663     Value& Value::operator=(const Value& e)   // necessary because of the string variant
7664     {
7665         if (type == Tag::text && e.type == Tag::text) {
7666             s = e.s;    // usual string assignment
7667             return *this;
7668         }
7670         if (type == Tag::text) s.~string(); // explicit destroy
7672         switch (e.type) {
7673         case Tag::number:
7674             i = e.i;
7675             break;
7676         case Tag::text:
7677             new(&s)(e.s);   // placement new: explicit construct
7678             type = e.type;
7679         }
7681         return *this;
7682     }
7684     Value::~Value()
7685     {
7686         if (type == Tag::text) s.~string(); // explicit destroy
7687     }
7689 ##### Enforcement
7693 ### <a name="Ru-pun"></a>C.183: Don't use a `union` for type punning
7695 ##### Reason
7697 It is undefined behavior to read a `union` member with a different type from the one with which it was written.
7698 Such punning is invisible, or at least harder to spot than using a named cast.
7699 Type punning using a `union` is a source of errors.
7701 ##### Example, bad
7703     union Pun {
7704         int x;
7705         unsigned char c[sizeof(int)];
7706     };
7708 The idea of `Pun` is to be able to look at the character representation of an `int`.
7710     void bad(Pun& u)
7711     {
7712         u.x = 'x';
7713         cout << u.c[0] << '\n';     // undefined behavior
7714     }
7716 If you wanted to see the bytes of an `int`, use a (named) cast:
7718     void if_you_must_pun(int& x)
7719     {
7720         auto p = reinterpret_cast<unsigned char*>(&x);
7721         cout << p[0] << '\n';     // undefined behavior
7722         // ...
7723     }
7725 Accessing the result of an `reinterpret_cast` to a different type from the objects declared type is still undefined behavior,
7726 but at least we can see that something tricky is going on.
7728 ##### Note
7730 Unfortunately, `union`s are commonly used for type punning.
7731 We don't consider "sometimes, it works as expected" a strong argument.
7733 ##### Enforcement
7739 # <a name="S-enum"></a>Enum: Enumerations
7741 Enumerations are used to define sets of integer values and for defining types for such sets of values.
7742 There are two kind of enumerations, "plain" `enum`s and `class enum`s.
7744 Enumeration rule summary:
7746 * [Enum.1: Prefer enumerations over macros](#Renum-macro)
7747 * [Enum.2: Use enumerations to represent sets of related named constants](#Renum-set)
7748 * [Enum.3: Prefer `enum class`es over "plain" `enum`s](#Renum-class)
7749 * [Enum.4: Define operations on enumerations for safe and simple use](#Renum-oper)
7750 * [Enum.5: Don't use `ALL_CAPS` for enumerators](#Renum-caps)
7751 * [Enum.6: Avoid unnamed enumerations](#Renum-unnamed)
7752 * [Enum.7: Specify the underlying type of an enumeration only when necessary](#Renum-underlying)
7753 * [Enum.8: Specify enumerator values only when necessary](#Renum-value)
7755 ### <a name="Renum-macro"></a>Enum.1: Prefer enumerations over macros
7757 ##### Reason
7759 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.
7761 ##### Example
7763 First some bad old code:
7765     // webcolors.h (third party header)
7766     #define RED   0xFF0000
7767     #define GREEN 0x00FF00
7768     #define BLUE  0x0000FF
7770     // productinfo.h
7771     // The following define product subtypes based on color
7772     #define RED    0
7773     #define PURPLE 1
7774     #define BLUE   2
7776     int webby = BLUE;   // webby == 2; probably not what was desired
7778 Instead use an `enum`:
7780     enum class Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
7781     enum class Product_info { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
7783     int webby = blue;   // error: be specific
7784     Web_color webby = Web_color::blue;
7786 We used an `enum class` to avoid name clashes.
7788 ##### Enforcement
7790 Flag macros that define integer values.
7793 ### <a name="Renum-set"></a>Enum.2: Use enumerations to represent sets of related named constants
7795 ##### Reason
7797 An enumeration shows the enumerators to be related and can be a named type.
7801 ##### Example
7803     enum class Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
7806 ##### Note
7808 Switching on an enumeration is common and the compiler can warn against unusual patterns of case labels. For example:
7810     enum class Product_info { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
7812     void print(Product_info inf)
7813     {
7814         switch (inf) {
7815         case Product_info::red: cout << "red"; break;
7816         case Product_info::purple: cout << "purple"; break;
7817         }
7818     }
7820 Such off-by-one switch`statements are often the results of an added enumerator and insufficient testing.
7822 ##### Enforcement
7824 * Flag `switch`-statements where the `case`s cover most but not all enumerators of an enumeration.
7825 * Flag `switch`-statements where the `case`s cover a few enumerators of an enumeration, but has no `default`.
7828 ### <a name="Renum-class"></a>Enum.3: Prefer class enums over "plain" enums
7830 ##### Reason
7832 To minimize surprises: traditional enums convert to int too readily.
7834 ##### Example
7836     void Print_color(int color);
7838     enum Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
7839     enum Product_info { Red = 0, Purple = 1, Blue = 2 };
7841     Web_color webby = Web_color::blue;
7843     // Clearly at least one of these calls is buggy.
7844     Print_color(webby);
7845     Print_color(Product_info::Blue);
7847 Instead use an `enum class`:
7849     void Print_color(int color);
7851     enum class Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
7852     enum class Product_info { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
7854     Web_color webby = Web_color::blue;
7855     Print_color(webby);  // Error: cannot convert Web_color to int.
7856     Print_color(Product_info::Red);  // Error: cannot convert Product_info to int.
7858 ##### Enforcement
7860 (Simple) Warn on any non-class `enum` definition.
7862 ### <a name="Renum-oper"></a>Enum.4: Define operations on enumerations for safe and simple use
7864 ##### Reason
7866 Convenience of use and avoidance of errors.
7868 ##### Example
7870     enum class Day { mon, tue, wed, thu, fri, sat, sun };
7872     Day operator++(Day& d)
7873     {
7874         return d == Day::sun ? Day::mon : Day{++d};
7875     }
7877     Day today = Day::sat;
7878     Day tomorrow = ++today;
7880 ##### Enforcement
7882 Flag repeated expressions cast back into an enumeration.
7885 ### <a name="Renum-caps"></a>Enum.5: Don't use `ALL_CAPS` for enumerators
7887 ##### Reason
7889 Avoid clashes with macros.
7891 ##### Example, bad
7893      // webcolors.h (third party header)
7894     #define RED   0xFF0000
7895     #define GREEN 0x00FF00
7896     #define BLUE  0x0000FF
7898     // productinfo.h
7899     // The following define product subtypes based on color
7901     enum class Product_info { RED, PURPLE, BLUE };   // syntax error
7903 ##### Enforcement
7905 Flag ALL_CAPS enumerators.
7907 ### <a name="Renum-unnamed"></a>Enum.6: Avoid unnamed enumerations
7909 ##### Reason
7911 If you can't name an enumeration, the values are not related
7913 ##### Example, bad
7915     enum { red = 0xFF0000, scale = 4, is_signed = 1 };
7917 Such code is not uncommon in code written before there were convenient alternative ways of specifying integer constants.
7919 ##### Alternative
7921 Use `constexpr` values instead. For example:
7923     constexpr int red = 0xFF0000;
7924     constexpr short scale = 4;
7925     constexpr bool is_signed = true;
7927 ##### Enforcement
7929 Flag unnamed enumerations.
7932 ### <a name="Renum-underlying"></a>Enum.7: Specify the underlying type of an enumeration only when necessary
7934 ##### Reason
7936 The default is the easiest to read and write.
7937 `int` is the default integer type.
7938 `int` is compatible with C `enum`s.
7940 ##### Example
7942     enum class Direction : char { n, s, e, w,
7943                                   ne, nw, se, sw };  // underlying type saves space
7945     enum class Web_color : int { red   = 0xFF0000,
7946                                  green = 0x00FF00,
7947                                  blue  = 0x0000FF };  // underlying type is redundant
7949 ##### Note
7951 Specifying the underlying type is necessary in forward declarations of enumerations:
7953     enum Flags : char;
7955     void f(Flags);
7957     // ....
7959     enum flags : char { /* ... */ };
7962 ##### Enforcement
7964 ????
7967 ### <a name="Renum-value"></a>Enum.8: Specify enumerator values only when necessary
7969 ##### Reason
7971 It's the simplest.
7972 It avoids duplicate enumerator values.
7973 The default gives a consecutive set of values that is good for `switch`-statement implementations.
7975 ##### Example
7977     enum class Col1 { red, yellow, blue };
7978     enum class Col2 { red = 1, yellow = 2, blue = 2 }; // typo
7979     enum class Month { jan = 1, feb, mar, apr, may, jun,
7980                        jul, august, sep, oct, nov, dec }; // starting with 1 is conventional
7981     enum class Base_flag { dec = 1, oct = dec << 1, hex = dec << 2 }; // set of bits
7983 Specifying values is necessary to match conventional values (e.g., `Month`)
7984 and where consecutive values are undesirable (e.g., to get separate bits as in `Base_flag`).
7986 ##### Enforcement
7988 * Flag duplicate enumerator values
7989 * Flag explicitly specified all-consecutive enumerator values
7992 # <a name="S-resource"></a>R: Resource management
7994 This section contains rules related to resources.
7995 A resource is anything that must be acquired and (explicitly or implicitly) released, such as memory, file handles, sockets, and locks.
7996 The reason it must be released is typically that it can be in short supply, so even delayed release may do harm.
7997 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.
7998 An entity that is responsible for releasing a resource is called an owner.
8000 There are a few cases where leaks can be acceptable or even optimal:
8001 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.
8002 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.
8003 Here, we ignore such cases.
8005 * Resource management rule summary:
8007   * [R.1: Manage resources automatically using resource handles and RAII (Resource Acquisition Is Initialization)](#Rr-raii)
8008   * [R.2: In interfaces, use raw pointers to denote individual objects (only)](#Rr-use-ptr)
8009   * [R.3: A raw pointer (a `T*`) is non-owning](#Rr-ptr)
8010   * [R.4: A raw reference (a `T&`) is non-owning](#Rr-ref)
8011   * [R.5: Prefer scoped objects, don't heap-allocate unnecessarily](#Rr-scoped)
8012   * [R.6: Avoid non-`const` global variables](#Rr-global)
8014 * Allocation and deallocation rule summary:
8016   * [R.10: Avoid `malloc()` and `free()`](#Rr-mallocfree)
8017   * [R.11: Avoid calling `new` and `delete` explicitly](#Rr-newdelete)
8018   * [R.12: Immediately give the result of an explicit resource allocation to a manager object](#Rr-immediate-alloc)
8019   * [R.13: Perform at most one explicit resource allocation in a single expression statement](#Rr-single-alloc)
8020   * [R.14: ??? array vs. pointer parameter](#Rr-ap)
8021   * [R.15: Always overload matched allocation/deallocation pairs](#Rr-pair)
8023 * <a name="Rr-summary-smartptrs"></a>Smart pointer rule summary:
8025   * [R.20: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to represent ownership](#Rr-owner)
8026   * [R.21: Prefer `unique_ptr` over `shared_ptr` unless you need to share ownership](#Rr-unique)
8027   * [R.22: Use `make_shared()` to make `shared_ptr`s](#Rr-make_shared)
8028   * [R.23: Use `make_unique()` to make `unique_ptr`s](#Rr-make_unique)
8029   * [R.24: Use `std::weak_ptr` to break cycles of `shared_ptr`s](#Rr-weak_ptr)
8030   * [R.30: Take smart pointers as parameters only to explicitly express lifetime semantics](#Rr-smartptrparam)
8031   * [R.31: If you have non-`std` smart pointers, follow the basic pattern from `std`](#Rr-smart)
8032   * [R.32: Take a `unique_ptr<widget>` parameter to express that a function assumes ownership of a `widget`](#Rr-uniqueptrparam)
8033   * [R.33: Take a `unique_ptr<widget>&` parameter to express that a function reseats the `widget`](#Rr-reseat)
8034   * [R.34: Take a `shared_ptr<widget>` parameter to express that a function is part owner](#Rr-sharedptrparam-owner)
8035   * [R.35: Take a `shared_ptr<widget>&` parameter to express that a function might reseat the shared pointer](#Rr-sharedptrparam)
8036   * [R.36: Take a `const shared_ptr<widget>&` parameter to express that it might retain a reference count to the object ???](#Rr-sharedptrparam-const)
8037   * [R.37: Do not pass a pointer or reference obtained from an aliased smart pointer](#Rr-smartptrget)
8039 ### <a name="Rr-raii"></a>R.1: Manage resources automatically using resource handles and RAII (Resource Acquisition Is Initialization)
8041 ##### Reason
8043 To avoid leaks and the complexity of manual resource management.
8044 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`.
8045 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.
8047 ##### Example, bad
8049 Consider:
8051     void send(X* x, cstring_span destination)
8052     {
8053         auto port = open_port(destination);
8054         my_mutex.lock();
8055         // ...
8056         send(port, x);
8057         // ...
8058         my_mutex.unlock();
8059         close_port(port);
8060         delete x;
8061     }
8063 In this code, you have to remember to `unlock`, `close_port`, and `delete` on all paths, and do each exactly once.
8064 Further, if any of the code marked `...` throws an exception, then `x` is leaked and `my_mutex` remains locked.
8066 ##### Example
8068 Consider:
8070     void send(unique_ptr<X> x, cstring_span destination)  // x owns the X
8071     {
8072         Port port{destination};            // port owns the PortHandle
8073         lock_guard<mutex> guard{my_mutex}; // guard owns the lock
8074         // ...
8075         send(port, x);
8076         // ...
8077     } // automatically unlocks my_mutex and deletes the pointer in x
8079 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.
8081 What is `Port`? A handy wrapper that encapsulates the resource:
8083     class Port {
8084         PortHandle port;
8085     public:
8086         Port(cstring_span destination) : port{open_port(destination)} { }
8087         ~Port() { close_port(port); }
8088         operator PortHandle() { return port; }
8090         // port handles can't usually be cloned, so disable copying and assignment if necessary
8091         Port(const Port&) = delete;
8092         Port& operator=(const Port&) = delete;
8093     };
8095 ##### Note
8097 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)
8099 **See also**: [RAII](#Rr-raii).
8101 ### <a name="Rr-use-ptr"></a>R.2: In interfaces, use raw pointers to denote individual objects (only)
8103 ##### Reason
8105 Arrays are best represented by a container type (e.g., `vector` (owning)) or a `span` (non-owning).
8106 Such containers and views hold sufficient information to do range checking.
8108 ##### Example, bad
8110     void f(int* p, int n)   // n is the number of elements in p[]
8111     {
8112         // ...
8113         p[2] = 7;   // bad: subscript raw pointer
8114         // ...
8115     }
8117 The compiler does not read comments, and without reading other code you do not know whether `p` really points to `n` elements.
8118 Use a `span` instead.
8120 ##### Example
8122     void g(int* p, int fmt)   // print *p using format #fmt
8123     {
8124         // ... uses *p and p[0] only ...
8125     }
8127 ##### Exception
8129 C-style strings are passed as single pointers to a zero-terminated sequence of characters.
8130 Use `zstring` rather than `char*` to indicate that you rely on that convention.
8132 ##### Note
8134 Many current uses of pointers to a single element could be references.
8135 However, where `nullptr` is a possible value, a reference may not be an reasonable alternative.
8137 ##### Enforcement
8139 * Flag pointer arithmetic (including `++`) on a pointer that is not part of a container, view, or iterator.
8140   This rule would generate a huge number of false positives if applied to an older code base.
8141 * Flag array names passed as simple pointers
8143 ### <a name="Rr-ptr"></a>R.3: A raw pointer (a `T*`) is non-owning
8145 ##### Reason
8147 There is nothing (in the C++ standard or in most code) to say otherwise and most raw pointers are non-owning.
8148 We want owning pointers identified so that we can reliably and efficiently delete the objects pointed to by owning pointers.
8150 ##### Example
8152     void f()
8153     {
8154         int* p1 = new int{7};           // bad: raw owning pointer
8155         auto p2 = make_unique<int>(7);  // OK: the int is owned by a unique pointer
8156         // ...
8157     }
8159 The `unique_ptr` protects against leaks by guaranteeing the deletion of its object (even in the presence of exceptions). The `T*` does not.
8161 ##### Example
8163     template<typename T>
8164     class X {
8165         // ...
8166     public:
8167         T* p;   // bad: it is unclear whether p is owning or not
8168         T* q;   // bad: it is unclear whether q is owning or not
8169     };
8171 We can fix that problem by making ownership explicit:
8173     template<typename T>
8174     class X2 {
8175         // ...
8176     public:
8177         owner<T*> p;  // OK: p is owning
8178         T* q;         // OK: q is not owning
8179     };
8181 ##### Exception
8183 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.
8184 The fact that there are billions of lines of code that violate this rule against owning `T*`s cannot be ignored.
8185 We'd love to see program transformation tools turning 20-year-old "legacy" code into shiny modern code,
8186 we encourage the development, deployment and use of such tools,
8187 we hope the guidelines will help the development of such tools,
8188 and we even contributed (and contribute) to the research and development in this area.
8189 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.
8191 This code cannot all be rewritten (ever assuming good code transformation software), especially not soon.
8192 This problem cannot be solved (at scale) by transforming all owning pointers to `unique_ptr`s and `shared_ptr`s,
8193 partly because we need/use owning "raw pointers" as well as simple pointers in the implementation of our fundamental resource handles.
8194 For example, common `vector` implementations have one owning pointer and two non-owning pointers.
8195 Many ABIs (and essentially all interfaces to C code) use `T*`s, some of them owning.
8196 Some interfaces cannot be simply annotated with `owner` because they need to remain compilable as C
8197 (although this would be a rare good use for a macro, that expands to `owner` in C++ mode only).
8199 ##### Note
8201 `owner<T*>` has no default semantics beyond `T*`. It can be used without changing any code using it and without affecting ABIs.
8202 It is simply a indicator to programmers and analysis tools.
8203 For example, if an `owner<T*>` is a member of a class, that class better have a destructor that `delete`s it.
8205 ##### Example, bad
8207 Returning a (raw) pointer imposes a life-time management uncertainty on the caller; that is, who deletes the pointed-to object?
8209     Gadget* make_gadget(int n)
8210     {
8211         auto p = new Gadget{n};
8212         // ...
8213         return p;
8214     }
8216     void caller(int n)
8217     {
8218         auto p = make_gadget(n);   // remember to delete p
8219         // ...
8220         delete p;
8221     }
8223 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)):
8225     Gadget make_gadget(int n)
8226     {
8227         Gadget g{n};
8228         // ...
8229         return g;
8230     }
8232 ##### Note
8234 This rule applies to factory functions.
8236 ##### Note
8238 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."
8240 ##### Enforcement
8242 * (Simple) Warn on `delete` of a raw pointer that is not an `owner<T>`.
8243 * (Moderate) Warn on failure to either `reset` or explicitly `delete` an `owner<T>` pointer on every code path.
8244 * (Simple) Warn if the return value of `new` or a function call with return value of pointer type is assigned to a raw pointer.
8245 * (Simple) Warn if a function returns an object that was allocated within the function but has a move constructor.
8246   Suggest considering returning it by value instead.
8248 ### <a name="Rr-ref"></a>R.4: A raw reference (a `T&`) is non-owning
8250 ##### Reason
8252 There is nothing (in the C++ standard or in most code) to say otherwise and most raw references are non-owning.
8253 We want owners identified so that we can reliably and efficiently delete the objects pointed to by owning pointers.
8255 ##### Example
8257     void f()
8258     {
8259         int& r = *new int{7};  // bad: raw owning reference
8260         // ...
8261         delete &r;             // bad: violated the rule against deleting raw pointers
8262     }
8264 **See also**: [The raw pointer rule](#Rr-ptr)
8266 ##### Enforcement
8268 See [the raw pointer rule](#Rr-ptr)
8270 ### <a name="Rr-scoped"></a>R.5: Prefer scoped objects, don't heap-allocate unnecessarily
8272 ##### Reason
8274 A scoped object is a local object, a global object, or a member.
8275 This implies that there is no separate allocation and deallocation cost in excess of that already used for the containing scope or object.
8276 The members of a scoped object are themselves scoped and the scoped object's constructor and destructor manage the members' lifetimes.
8278 ##### Example
8280 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:
8282     void f(int n)
8283     {
8284         auto p = new Gadget{n};
8285         // ...
8286         delete p;
8287     }
8289 Instead, use a local variable:
8291     void f(int n)
8292     {
8293         Gadget g{n};
8294         // ...
8295     }
8297 ##### Enforcement
8299 * (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.
8300 * (Simple) Warn if a local `Unique_ptr` or `Shared_ptr` is not moved, copied, reassigned or `reset` before its lifetime ends.
8302 ### <a name="Rr-global"></a>R.6: Avoid non-`const` global variables
8304 ##### Reason
8306 Global variables can be accessed from everywhere so they can introduce surprising dependencies between apparently unrelated objects.
8307 They are a notable source of errors.
8309 **Warning**: The initialization of global objects is not totally ordered.
8310 If you use a global object initialize it with a constant.
8311 Note that it is possible to get undefined initialization order even for `const` objects.
8313 ##### Exception
8315 A global object is often better than a singleton.
8317 ##### Exception
8319 An immutable (`const`) global does not introduce the problems we try to avoid by banning global objects.
8321 ##### Enforcement
8323 (??? NM: Obviously we can warn about non-`const` statics ... do we want to?)
8325 ## <a name="SS-alloc"></a>R.alloc: Allocation and deallocation
8327 ### <a name="Rr-mallocfree"></a>R.10: Avoid `malloc()` and `free()`
8329 ##### Reason
8331  `malloc()` and `free()` do not support construction and destruction, and do not mix well with `new` and `delete`.
8333 ##### Example
8335     class Record {
8336         int id;
8337         string name;
8338         // ...
8339     };
8341     void use()
8342     {
8343         // p1 may be nullptr
8344         // *p1 is not initialized; in particular,
8345         // that string isn't a string, but a string-sized bag of bits
8346         Record* p1 = static_cast<Record*>(malloc(sizeof(Record)));
8348         auto p2 = new Record;
8350         // unless an exception is thrown, *p2 is default initialized
8351         auto p3 = new(nothrow) Record;
8352         // p3 may be nullptr; if not, *p3 is default initialized
8354         // ...
8356         delete p1;    // error: cannot delete object allocated by malloc()
8357         free(p2);    // error: cannot free() object allocated by new
8358     }
8360 In some implementations that `delete` and that `free()` might work, or maybe they will cause run-time errors.
8362 ##### Exception
8364 There are applications and sections of code where exceptions are not acceptable.
8365 Some of the best such examples are in life-critical hard real-time code.
8366 Beware that many bans on exception use are based on superstition (bad)
8367 or by concerns for older code bases with unsystematic resource management (unfortunately, but sometimes necessary).
8368 In such cases, consider the `nothrow` versions of `new`.
8370 ##### Enforcement
8372 Flag explicit use of `malloc` and `free`.
8374 ### <a name="Rr-newdelete"></a>R.11: Avoid calling `new` and `delete` explicitly
8376 ##### Reason
8378 The pointer returned by `new` should belong to a resource handle (that can call `delete`).
8379 If the pointer returned by `new` is assigned to a plain/naked pointer, the object can be leaked.
8381 ##### Note
8383 In a large program, a naked `delete` (that is a `delete` in application code, rather than part of code devoted to resource management)
8384 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?
8385 The bug may be latent: it may emerge only during maintenance.
8386 If you have a naked `new`, you probably need a naked `delete` somewhere, so you probably have a bug.
8388 ##### Enforcement
8390 (Simple) Warn on any explicit use of `new` and `delete`. Suggest using `make_unique` instead.
8392 ### <a name="Rr-immediate-alloc"></a>R.12: Immediately give the result of an explicit resource allocation to a manager object
8394 ##### Reason
8396 If you don't, an exception or a return may lead to a leak.
8398 ##### Example, bad
8400     void f(const string& name)
8401     {
8402         FILE* f = fopen(name, "r");          // open the file
8403         vector<char> buf(1024);
8404         auto _ = finally([f] { fclose(f); })  // remember to close the file
8405         // ...
8406     }
8408 The allocation of `buf` may fail and leak the file handle.
8410 ##### Example
8412     void f(const string& name)
8413     {
8414         ifstream f{name};   // open the file
8415         vector<char> buf(1024);
8416         // ...
8417     }
8419 The use of the file handle (in `ifstream`) is simple, efficient, and safe.
8421 ##### Enforcement
8423 * Flag explicit allocations used to initialize pointers (problem: how many direct resource allocations can we recognize?)
8425 ### <a name="Rr-single-alloc"></a>R.13: Perform at most one explicit resource allocation in a single expression statement
8427 ##### Reason
8429 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.
8431 ##### Example
8433     void fun(shared_ptr<Widget> sp1, shared_ptr<Widget> sp2);
8435 This `fun` can be called like this:
8437     // BAD: potential leak
8438     fun(shared_ptr<Widget>(new Widget(a, b)), shared_ptr<Widget>(new Widget(c, d)));
8440 This is exception-unsafe because the compiler may reorder the two expressions building the function's two arguments.
8441 In particular, the compiler can interleave execution of the two expressions:
8442 Memory allocation (by calling `operator new`) could be done first for both objects, followed by attempts to call the two `Widget` constructors.
8443 If one of the constructor calls throws an exception, then the other object's memory will never be released!
8445 This subtle problem has a simple solution: Never perform more than one explicit resource allocation in a single expression statement.
8446 For example:
8448     shared_ptr<Widget> sp1(new Widget(a, b)); // Better, but messy
8449     fun(sp1, new Widget(c, d));
8451 The best solution is to avoid explicit allocation entirely use factory functions that return owning objects:
8453     fun(make_shared<Widget>(a, b), make_shared<Widget>(c, d)); // Best
8455 Write your own factory wrapper if there is not one already.
8457 ##### Enforcement
8459 * Flag expressions with multiple explicit resource allocations (problem: how many direct resource allocations can we recognize?)
8461 ### <a name="Rr-ap"></a>R.14: ??? array vs. pointer parameter
8463 ##### Reason
8465 An array decays to a pointer, thereby losing its size, opening the opportunity for range errors.
8467 ##### Example
8469     ??? what do we recommend: f(int*[]) or f(int**) ???
8471 **Alternative**: Use `span` to preserve size information.
8473 ##### Enforcement
8475 Flag `[]` parameters.
8477 ### <a name="Rr-pair"></a>R.15: Always overload matched allocation/deallocation pairs
8479 ##### Reason
8481 Otherwise you get mismatched operations and chaos.
8483 ##### Example
8485     class X {
8486         // ...
8487         void* operator new(size_t s);
8488         void operator delete(void*);
8489         // ...
8490     };
8492 ##### Note
8494 If you want memory that cannot be deallocated, `=delete` the deallocation operation.
8495 Don't leave it undeclared.
8497 ##### Enforcement
8499 Flag incomplete pairs.
8501 ## <a name="SS-smart"></a>R.smart: Smart pointers
8503 ### <a name="Rr-owner"></a>R.20: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to represent ownership
8505 ##### Reason
8507 They can prevent resource leaks.
8509 ##### Example
8511 Consider:
8513     void f()
8514     {
8515         X x;
8516         X* p1 { new X };              // see also ???
8517         unique_ptr<T> p2 { new X };   // unique ownership; see also ???
8518         shared_ptr<T> p3 { new X };   // shared ownership; see also ???
8519     }
8521 This will leak the object used to initialize `p1` (only).
8523 ##### Enforcement
8525 (Simple) Warn if the return value of `new` or a function call with return value of pointer type is assigned to a raw pointer.
8527 ### <a name="Rr-unique"></a>R.21: Prefer `unique_ptr` over `shared_ptr` unless you need to share ownership
8529 ##### Reason
8531 A `unique_ptr` is conceptually simpler and more predictable (you know when destruction happens) and faster (you don't implicitly maintain a use count).
8533 ##### Example, bad
8535 This needlessly adds and maintains a reference count.
8537     void f()
8538     {
8539         shared_ptr<Base> base = make_shared<Derived>();
8540         // use base locally, without copying it -- refcount never exceeds 1
8541     } // destroy base
8543 ##### Example
8545 This is more efficient:
8547     void f()
8548     {
8549         unique_ptr<Base> base = make_unique<Derived>();
8550         // use base locally
8551     } // destroy base
8553 ##### Enforcement
8555 (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.
8557 ### <a name="Rr-make_shared"></a>R.22: Use `make_shared()` to make `shared_ptr`s
8559 ##### Reason
8561 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.
8563 ##### Example
8565 Consider:
8567     shared_ptr<X> p1 { new X{2} }; // bad
8568     auto p = make_shared<X>(2);    // good
8570 The `make_shared()` version mentions `X` only once, so it is usually shorter (as well as faster) than the version with the explicit `new`.
8572 ##### Enforcement
8574 (Simple) Warn if a `shared_ptr` is constructed from the result of `new` rather than `make_shared`.
8576 ### <a name="Rr-make_unique"></a>R.23: Use `make_unique()` to make `unique_ptr`s
8578 ##### Reason
8580 For convenience and consistency with `shared_ptr`.
8582 ##### Note
8584 `make_unique()` is C++14, but widely available (as well as simple to write).
8586 ##### Enforcement
8588 (Simple) Warn if a `unique_ptr` is constructed from the result of `new` rather than `make_unique`.
8590 ### <a name="Rr-weak_ptr"></a>R.24: Use `std::weak_ptr` to break cycles of `shared_ptr`s
8592 ##### Reason
8594  `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
8595 be able to destroy a cyclic structure.
8597 ##### Example
8599     ???
8601 ##### Note
8603  ??? (HS: A lot of people say "to break cycles", while I think "temporary shared ownership" is more to the point.)
8604 ???(BS: breaking cycles is what you must do; temporarily sharing ownership is how you do it.
8605 You could "temporarily share ownership" simply by using another `shared_ptr`.)
8607 ##### Enforcement
8609 ??? probably impossible. If we could statically detect cycles, we wouldn't need `weak_ptr`
8611 ### <a name="Rr-smartptrparam"></a>R.30: Take smart pointers as parameters only to explicitly express lifetime semantics
8613 ##### Reason
8615 Accepting a smart pointer to a `widget` is wrong if the function just needs the `widget` itself.
8616 It should be able to accept any `widget` object, not just ones whose lifetimes are managed by a particular kind of smart pointer.
8617 A function that does not manipulate lifetime should take raw pointers or references instead.
8619 ##### Example, bad
8621     // callee
8622     void f(shared_ptr<widget>& w)
8623     {
8624         // ...
8625         use(*w); // only use of w -- the lifetime is not used at all
8626         // ...
8627     };
8629     // caller
8630     shared_ptr<widget> my_widget = /* ... */;
8631     f(my_widget);
8633     widget stack_widget;
8634     f(stack_widget); // error
8636 ##### Example, good
8638     // callee
8639     void f(widget& w)
8640     {
8641         // ...
8642         use(w);
8643         // ...
8644     };
8646     // caller
8647     shared_ptr<widget> my_widget = /* ... */;
8648     f(*my_widget);
8650     widget stack_widget;
8651     f(stack_widget); // ok -- now this works
8653 ##### Enforcement
8655 * (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()`.
8656   Suggest using a `T*` or `T&` instead.
8657 * 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.
8658   Suggest using a `T*` or `T&` instead.
8660 ### <a name="Rr-smart"></a>R.31: If you have non-`std` smart pointers, follow the basic pattern from `std`
8662 ##### Reason
8664 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.
8665 You want the rules to work on all the smart pointers you use.
8667 Any type (including primary template or specialization) that overloads unary `*` and `->` is considered a smart pointer:
8669 * If it is copyable, it is recognized as a reference-counted `shared_ptr`.
8670 * If it is not copyable, it is recognized as a unique `unique_ptr`.
8672 ##### Example
8674     // use Boost's intrusive_ptr
8675     #include<boost/intrusive_ptr.hpp>
8676     void f(boost::intrusive_ptr<widget> p)  // error under rule 'sharedptrparam'
8677     {
8678         p->foo();
8679     }
8681     // use Microsoft's CComPtr
8682     #include<atlbase.h>
8683     void f(CComPtr<widget> p)               // error under rule 'sharedptrparam'
8684     {
8685         p->foo();
8686     }
8688 Both cases are an error under the [`sharedptrparam` guideline](#Rr-smartptrparam):
8689 `p` is a `Shared_ptr`, but nothing about its sharedness is used here and passing it by value is a silent pessimization;
8690 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&`.
8691 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.
8693 ### <a name="Rr-uniqueptrparam"></a>R.32: Take a `unique_ptr<widget>` parameter to express that a function assumes ownership of a `widget`
8695 ##### Reason
8697 Using `unique_ptr` in this way both documents and enforces the function call's ownership transfer.
8699 ##### Example
8701     void sink(unique_ptr<widget>); // consumes the widget
8703     void uses(widget*);            // just uses the widget
8705 ##### Example, bad
8707     void thinko(const unique_ptr<widget>&); // usually not what you want
8709 ##### Enforcement
8711 * (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.
8712 * (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.
8714 ### <a name="Rr-reseat"></a>R.33: Take a `unique_ptr<widget>&` parameter to express that a function reseats the`widget`
8716 ##### Reason
8718 Using `unique_ptr` in this way both documents and enforces the function call's reseating semantics.
8720 ##### Note
8722 "reseat" means "making a pointer or a smart pointer refer to a different object."
8724 ##### Example
8726     void reseat(unique_ptr<widget>&); // "will" or "might" reseat pointer
8728 ##### Example, bad
8730     void thinko(const unique_ptr<widget>&); // usually not what you want
8732 ##### Enforcement
8734 * (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.
8735 * (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.
8737 ### <a name="Rr-sharedptrparam-owner"></a>R.34: Take a `shared_ptr<widget>` parameter to express that a function is part owner
8739 ##### Reason
8741 This makes the function's ownership sharing explicit.
8743 ##### Example, good
8745     void share(shared_ptr<widget>);            // share -- "will" retain refcount
8747     void may_share(const shared_ptr<widget>&); // "might" retain refcount
8749     void reseat(shared_ptr<widget>&);          // "might" reseat ptr
8751 ##### Enforcement
8753 * (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.
8754 * (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.
8755 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_ptr<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
8757 ### <a name="Rr-sharedptrparam"></a>R.35: Take a `shared_ptr<widget>&` parameter to express that a function might reseat the shared pointer
8759 ##### Reason
8761 This makes the function's reseating explicit.
8763 ##### Note
8765 "reseat" means "making a reference or a smart pointer refer to a different object."
8767 ##### Example, good
8769     void share(shared_ptr<widget>);            // share -- "will" retain refcount
8771     void reseat(shared_ptr<widget>&);          // "might" reseat ptr
8773     void may_share(const shared_ptr<widget>&); // "might" retain refcount
8775 ##### Enforcement
8777 * (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.
8778 * (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.
8779 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_ptr<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
8781 ### <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 ???
8783 ##### Reason
8785 This makes the function's ??? explicit.
8787 ##### Example, good
8789     void share(shared_ptr<widget>);            // share -- "will" retain refcount
8791     void reseat(shared_ptr<widget>&);          // "might" reseat ptr
8793     void may_share(const shared_ptr<widget>&); // "might" retain refcount
8795 ##### Enforcement
8797 * (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.
8798 * (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.
8799 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_ptr<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
8801 ### <a name="Rr-smartptrget"></a>R.37: Do not pass a pointer or reference obtained from an aliased smart pointer
8803 ##### Reason
8805 Violating this rule is the number one cause of losing reference counts and finding yourself with a dangling pointer.
8806 Functions should prefer to pass raw pointers and references down call chains.
8807 At the top of the call tree where you obtain the raw pointer or reference from a smart pointer that keeps the object alive.
8808 You need to be sure that the smart pointer cannot inadvertently be reset or reassigned from within the call tree below.
8810 ##### Note
8812 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.
8814 ##### Example
8816 Consider this code:
8818     // global (static or heap), or aliased local ...
8819     shared_ptr<widget> g_p = ...;
8821     void f(widget& w)
8822     {
8823         g();
8824         use(w);  // A
8825     }
8827     void g()
8828     {
8829         g_p = ...; // oops, if this was the last shared_ptr to that widget, destroys the widget
8830     }
8832 The following should not pass code review:
8834     void my_code()
8835     {
8836         // BAD: passing pointer or reference obtained from a nonlocal smart pointer
8837         //      that could be inadvertently reset somewhere inside f or it callees
8838         f(*g_p);
8840         // BAD: same reason, just passing it as a "this" pointer
8841          g_p->func();
8842     }
8844 The fix is simple -- take a local copy of the pointer to "keep a ref count" for your call tree:
8846     void my_code()
8847     {
8848         // cheap: 1 increment covers this entire function and all the call trees below us
8849         auto pin = g_p;
8851         // GOOD: passing pointer or reference obtained from a local unaliased smart pointer
8852         f(*pin);
8854         // GOOD: same reason
8855         pin->func();
8856     }
8858 ##### Enforcement
8860 * (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.
8862 # <a name="S-expr"></a>ES: Expressions and Statements
8864 Expressions and statements are the lowest and most direct way of expressing actions and computation. Declarations in local scopes are statements.
8866 For naming, commenting, and indentation rules, see [NL: Naming and layout](#S-naming).
8868 General rules:
8870 * [ES.1: Prefer the standard library to other libraries and to "handcrafted code"](#Res-lib)
8871 * [ES.2: Prefer suitable abstractions to direct use of language features](#Res-abstr)
8873 Declaration rules:
8875 * [ES.5: Keep scopes small](#Res-scope)
8876 * [ES.6: Declare names in for-statement initializers and conditions to limit scope](#Res-cond)
8877 * [ES.7: Keep common and local names short, and keep uncommon and nonlocal names longer](#Res-name-length)
8878 * [ES.8: Avoid similar-looking names](#Res-name-similar)
8879 * [ES.9: Avoid `ALL_CAPS` names](#Res-not-CAPS)
8880 * [ES.10: Declare one name (only) per declaration](#Res-name-one)
8881 * [ES.11: Use `auto` to avoid redundant repetition of type names](#Res-auto)
8882 * [ES.12: Do not reuse names in nested scopes](#Res-reuse)
8883 * [ES.20: Always initialize an object](#Res-always)
8884 * [ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it](#Res-introduce)
8885 * [ES.22: Don't declare a variable until you have a value to initialize it with](#Res-init)
8886 * [ES.23: Prefer the `{}`-initializer syntax](#Res-list)
8887 * [ES.24: Use a `unique_ptr<T>` to hold pointers in code that may throw](#Res-unique)
8888 * [ES.25: Declare an object `const` or `constexpr` unless you want to modify its value later on](#Res-const)
8889 * [ES.26: Don't use a variable for two unrelated purposes](#Res-recycle)
8890 * [ES.27: Use `std::array` or `stack_array` for arrays on the stack](#Res-stack)
8891 * [ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables](#Res-lambda-init)
8892 * [ES.30: Don't use macros for program text manipulation](#Res-macros)
8893 * [ES.31: Don't use macros for constants or "functions"](#Res-macros2)
8894 * [ES.32: Use `ALL_CAPS` for all macro names](#Res-ALL_CAPS)
8895 * [ES.33: If you must use macros, give them unique names](#Res-MACROS)
8896 * [ES.34: Don't define a (C-style) variadic function](#Res-ellipses)
8898 Expression rules:
8900 * [ES.40: Avoid complicated expressions](#Res-complicated)
8901 * [ES.41: If in doubt about operator precedence, parenthesize](#Res-parens)
8902 * [ES.42: Keep use of pointers simple and straightforward](#Res-ptr)
8903 * [ES.43: Avoid expressions with undefined order of evaluation](#Res-order)
8904 * [ES.44: Don't depend on order of evaluation of function arguments](#Res-order-fct)
8905 * [ES.45: Avoid narrowing conversions](#Res-narrowing)
8906 * [ES.46: Avoid "magic constants"; use symbolic constants](#Res-magic)
8907 * [ES.47: Use `nullptr` rather than `0` or `NULL`](#Res-nullptr)
8908 * [ES.48: Avoid casts](#Res-casts)
8909 * [ES.49: If you must use a cast, use a named cast](#Res-casts-named)
8910 * [ES.50: Don't cast away `const`](#Res-casts-const)
8911 * [ES.55: Avoid the need for range checking](#Res-range-checking)
8912 * [ES.56: Write `std::move()` only when you need to explicitly move an object to another scope](#Res-move)
8913 * [ES.60: Avoid `new` and `delete` outside resource management functions](#Res-new)
8914 * [ES.61: Delete arrays using `delete[]` and non-arrays using `delete`](#Res-del)
8915 * [ES.62: Don't compare pointers into different arrays](#Res-arr2)
8916 * [ES.63: Don't slice](#Res-slice)
8918 Statement rules:
8920 * [ES.70: Prefer a `switch`-statement to an `if`-statement when there is a choice](#Res-switch-if)
8921 * [ES.71: Prefer a range-`for`-statement to a `for`-statement when there is a choice](#Res-for-range)
8922 * [ES.72: Prefer a `for`-statement to a `while`-statement when there is an obvious loop variable](#Res-for-while)
8923 * [ES.73: Prefer a `while`-statement to a `for`-statement when there is no obvious loop variable](#Res-while-for)
8924 * [ES.74: Prefer to declare a loop variable in the initializer part of a `for`-statement](#Res-for-init)
8925 * [ES.75: Avoid `do`-statements](#Res-do)
8926 * [ES.76: Avoid `goto`](#Res-goto)
8927 * [ES.77: ??? `continue`](#Res-continue)
8928 * [ES.78: Always end a non-empty `case` with a `break`](#Res-break)
8929 * [ES.79: ??? `default`](#Res-default)
8930 * [ES.85: Make empty statements visible](#Res-empty)
8931 * [ES.86: Avoid modifying loop control variables inside the body of raw for-loops](#Res-loop-counter)
8933 Arithmetic rules:
8935 * [ES.100: Don't mix signed and unsigned arithmetic](#Res-mix)
8936 * [ES.101: Use unsigned types for bit manipulation](#Res-unsigned)
8937 * [ES.102: Use signed types for arithmetic](#Res-signed)
8938 * [ES.103: Don't overflow](#Res-overflow)
8939 * [ES.104: Don't underflow](#Res-underflow)
8940 * [ES.105: Don't divide by zero](#Res-zero)
8942 ### <a name="Res-lib"></a>ES.1: Prefer the standard library to other libraries and to "handcrafted code"
8944 ##### Reason
8946 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.
8947 The ISO C++ standard library is among the most widely known and best tested libraries.
8948 It is available as part of all C++ Implementations.
8950 ##### Example
8952     auto sum = accumulate(begin(a), end(a), 0.0);   // good
8954 a range version of `accumulate` would be even better:
8956     auto sum = accumulate(v, 0.0); // better
8958 but don't hand-code a well-known algorithm:
8960     int max = v.size();   // bad: verbose, purpose unstated
8961     double sum = 0.0;
8962     for (int i = 0; i < max; ++i)
8963         sum = sum + v[i];
8965 ##### Exception
8967 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.
8969 ##### Enforcement
8971 Not easy. ??? Look for messy loops, nested loops, long functions, absence of function calls, lack of use of non-built-in types. Cyclomatic complexity?
8973 ### <a name="Res-abstr"></a>ES.2: Prefer suitable abstractions to direct use of language features
8975 ##### Reason
8977 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.
8979 ##### Example
8981     vector<string> read1(istream& is)   // good
8982     {
8983         vector<string> res;
8984         for (string s; is >> s;)
8985             res.push_back(s);
8986         return res;
8987     }
8989 The more traditional and lower-level near-equivalent is longer, messier, harder to get right, and most likely slower:
8991     char** read2(istream& is, int maxelem, int maxstring, int* nread)   // bad: verbose and incomplete
8992     {
8993         auto res = new char*[maxelem];
8994         int elemcount = 0;
8995         while (is && elemcount < maxelem) {
8996             auto s = new char[maxstring];
8997             is.read(s, maxstring);
8998             res[elemcount++] = s;
8999         }
9000         nread = &elemcount;
9001         return res;
9002     }
9004 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.
9006 ##### Enforcement
9008 Not easy. ??? Look for messy loops, nested loops, long functions, absence of function calls, lack of use of non-built-in types. Cyclomatic complexity?
9010 ## ES.dcl: Declarations
9012 A declaration is a statement. A declaration introduces a name into a scope and may cause the construction of a named object.
9014 ### <a name="Res-scope"></a>ES.5: Keep scopes small
9016 ##### Reason
9018 Readability. Minimize resource retention. Avoid accidental misuse of value.
9020 **Alternative formulation**: Don't declare a name in an unnecessarily large scope.
9022 ##### Example
9024     void use()
9025     {
9026         int i;    // bad: i is needlessly accessible after loop
9027         for (i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }
9028         // no intended use of i here
9029         for (int i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }  // good: i is local to for-loop
9031         if (auto pc = dynamic_cast<Circle*>(ps)) {  // good: pc is local to if-statement
9032             // ... deal with Circle ...
9033         }
9034         else {
9035             // ... handle error ...
9036         }
9037     }
9039 ##### Example, bad
9041     void use(const string& name)
9042     {
9043         string fn = name + ".txt";
9044         ifstream is {fn};
9045         Record r;
9046         is >> r;
9047         // ... 200 lines of code without intended use of fn or is ...
9048     }
9050 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`
9051 are retained for much longer than needed and that unanticipated use of `is` and `fn` could happen later in the function.
9052 In this case, it might be a good idea to factor out the read:
9054     Record load_record(const string& name)
9055     {
9056         string fn = name + ".txt";
9057         ifstream is {fn};
9058         Record r;
9059         is >> r;
9060         return r;
9061     }
9063     void use(const string& name)
9064     {
9065         Record r = load_record(name);
9066         // ... 200 lines of code ...
9067     }
9069 ##### Enforcement
9071 * Flag loop variable declared outside a loop and not used after the loop
9072 * Flag when expensive resources, such as file handles and locks are not used for N-lines (for some suitable N)
9074 ### <a name="Res-cond"></a>ES.6: Declare names in for-statement initializers and conditions to limit scope
9076 ##### Reason
9078 Readability. Minimize resource retention.
9080 ##### Example
9082     void use()
9083     {
9084         for (string s; cin >> s;)
9085             v.push_back(s);
9087         for (int i = 0; i < 20; ++i) {   // good: i is local to for-loop
9088             // ...
9089         }
9091         if (auto pc = dynamic_cast<Circle*>(ps)) {   // good: pc is local to if-statement
9092             // ... deal with Circle ...
9093         }
9094         else {
9095             // ... handle error ...
9096         }
9097     }
9099 ##### Enforcement
9101 * Flag loop variables declared before the loop and not used after the loop
9102 * (hard) Flag loop variables declared before the loop and used after the loop for an unrelated purpose.
9104 ##### C++17 example
9106 Note: C++17 also adds `if` and `switch` initializer statements. These require C++17 support.
9108     map<int, string> mymap;
9110     if (auto result = mymap.insert(value); result.second) {
9111         // insert succeeded, and result is valid for this block
9112         use(result.first);  // ok
9113         // ...
9114     } // result is destroyed here
9116 ##### C++17 enforcement (if using a C++17 compiler)
9118 * Flag selection/loop variables declared before the body and not used after the body
9119 * (hard) Flag selection/loop variables declared before the body and used after the body for an unrelated purpose.
9123 ### <a name="Res-name-length"></a>ES.7: Keep common and local names short, and keep uncommon and nonlocal names longer
9125 ##### Reason
9127 Readability. Lowering the chance of clashes between unrelated non-local names.
9129 ##### Example
9131 Conventional short, local names increase readability:
9133     template<typename T>    // good
9134     void print(ostream& os, const vector<T>& v)
9135     {
9136         for (int i = 0; i < v.size(); ++i)
9137             os << v[i] << '\n';
9138     }
9140 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
9142     template<typename Element_type>   // bad: verbose, hard to read
9143     void print(ostream& target_stream, const vector<Element_type>& current_vector)
9144     {
9145         for (int current_element_index = 0;
9146                 current_element_index < current_vector.size();
9147                 ++current_element_index
9148         )
9149         target_stream << current_vector[current_element_index] << '\n';
9150     }
9152 Yes, it is a caricature, but we have seen worse.
9154 ##### Example
9156 Unconventional and short non-local names obscure code:
9158     void use1(const string& s)
9159     {
9160         // ...
9161         tt(s);   // bad: what is tt()?
9162         // ...
9163     }
9165 Better, give non-local entities readable names:
9167     void use1(const string& s)
9168     {
9169         // ...
9170         trim_tail(s);   // better
9171         // ...
9172     }
9174 Here, there is a chance that the reader knows what `trim_tail` means and that the reader can remember it after looking it up.
9176 ##### Example, bad
9178 Argument names of large functions are de facto non-local and should be meaningful:
9180     void complicated_algorithm(vector<Record>& vr, const vector<int>& vi, map<string, int>& out)
9181     // read from events in vr (marking used Records) for the indices in
9182     // vi placing (name, index) pairs into out
9183     {
9184         // ... 500 lines of code using vr, vi, and out ...
9185     }
9187 We recommend keeping functions short, but that rule isn't universally adhered to and naming should reflect that.
9189 ##### Enforcement
9191 Check length of local and non-local names. Also take function length into account.
9193 ### <a name="Res-name-similar"></a>ES.8: Avoid similar-looking names
9195 ##### Reason
9197 Code clarity and readability. Too-similar names slow down comprehension and increase the likelihood of error.
9199 ##### Example; bad
9201     if (readable(i1 + l1 + ol + o1 + o0 + ol + o1 + I0 + l0)) surprise();
9203 ##### Example; bad
9205 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.
9207     struct foo { int n; };
9208     struct foo foo();       // BAD, foo is a type already in scope
9209     struct foo x = foo();   // requires disambiguation
9211 ##### Exception
9213 Antique header files might declare non-types and types with the same name in the same scope.
9215 ##### Enforcement
9217 * Check names against a list of known confusing letter and digit combinations.
9218 * Flag a declaration of a variable, function, or enumerator that hides a class or enumeration declared in the same scope.
9220 ### <a name="Res-not-CAPS"></a>ES.9: Avoid `ALL_CAPS` names
9222 ##### Reason
9224 Such names are commonly used for macros. Thus, `ALL_CAPS` name are vulnerable to unintended macro substitution.
9226 ##### Example
9228     // somewhere in some header:
9229     #define NE !=
9231     // somewhere else in some other header:
9232     enum Coord { N, NE, NW, S, SE, SW, E, W };
9234     // somewhere third in some poor programmer's .cpp:
9235     switch (direction) {
9236     case N:
9237         // ...
9238     case NE:
9239         // ...
9240     // ...
9241     }
9243 ##### Note
9245 Do not use `ALL_CAPS` for constants just because constants used to be macros.
9247 ##### Enforcement
9249 Flag all uses of ALL CAPS. For older code, accept ALL CAPS for macro names and flag all non-ALL-CAPS macro names.
9251 ### <a name="Res-name-one"></a>ES.10: Declare one name (only) per declaration
9253 ##### Reason
9255 One-declaration-per line increases readability and avoids mistakes related to
9256 the C/C++ grammar. It also leaves room for a more descriptive end-of-line
9257 comment.
9259 ##### Example, bad
9261     char *p, c, a[7], *pp[7], **aa[10];   // yuck!
9263 ##### Exception
9265 A function declaration can contain several function argument declarations.
9267 ##### Example
9269     template <class InputIterator, class Predicate>
9270     bool any_of(InputIterator first, InputIterator last, Predicate pred);
9272 or better using concepts:
9274     bool any_of(InputIterator first, InputIterator last, Predicate pred);
9276 ##### Example
9278     double scalbn(double x, int n);   // OK: x * pow(FLT_RADIX, n); FLT_RADIX is usually 2
9282     double scalbn(    // better: x * pow(FLT_RADIX, n); FLT_RADIX is usually 2
9283         double x,     // base value
9284         int n         // exponent
9285     );
9289     // better: base * pow(FLT_RADIX, exponent); FLT_RADIX is usually 2
9290     double scalbn(double base, int exponent);
9292 ##### Enforcement
9294 Flag non-function arguments with multiple declarators involving declarator operators (e.g., `int* p, q;`)
9296 ### <a name="Res-auto"></a>ES.11: Use `auto` to avoid redundant repetition of type names
9298 ##### Reason
9300 * Simple repetition is tedious and error prone.
9301 * When you use `auto`, the name of the declared entity is in a fixed position in the declaration, increasing readability.
9302 * In a template function declaration the return type can be a member type.
9304 ##### Example
9306 Consider:
9308     auto p = v.begin();   // vector<int>::iterator
9309     auto s = v.size();
9310     auto h = t.future();
9311     auto q = make_unique<int[]>(s);
9312     auto f = [](int x){ return x + 10; };
9314 In each case, we save writing a longish, hard-to-remember type that the compiler already knows but a programmer could get wrong.
9316 ##### Example
9318     template<class T>
9319     auto Container<T>::first() -> Iterator;   // Container<T>::Iterator
9321 ##### Exception
9323 Avoid `auto` for initializer lists and in cases where you know exactly which type you want and where an initializer might require conversion.
9325 ##### Example
9327     auto lst = { 1, 2, 3 };   // lst is an initializer list
9328     auto x{1};   // x is an int (after correction of the C++14 standard; initializer_list in C++11)
9330 ##### Note
9332 When concepts become available, we can (and should) be more specific about the type we are deducing:
9334     // ...
9335     ForwardIterator p = algo(x, y, z);
9337 ##### Enforcement
9339 Flag redundant repetition of type names in a declaration.
9341 ### <a name="Res-reuse"></a>ES.12: Do not reuse names in nested scopes
9343 ##### Reason
9345 It is easy to get confused about which variable is used.
9346 Can cause maintenance problems.
9348 ##### Example, bad
9350     int d = 0;
9351     // ...
9352     if (cond) {
9353         // ...
9354         d = 9;
9355         // ...
9356     }
9357     else {
9358         // ...
9359         int d = 7;
9360         // ...
9361         d = value_to_be_returned;
9362         // ...
9363     }
9365     return d;
9367 If this is a large `if`-statement, it is easy to overlook that a new `d` has been introduced in the inner scope.
9368 This is a known source of bugs.
9369 Sometimes such reuse of a name in an inner scope is called "shadowing".
9371 ##### Note
9373 Shadowing is primarily a problem when functions are too large and too complex.
9375 ##### Example
9377 Shadowing of function arguments in the outermost block is disallowed by the language:
9379     void f(int x)
9380     {
9381         int x = 4;  // error: reuse of function argument name
9383         if (x) {
9384             int x = 7;  // allowed, but bad
9385             // ...
9386         }
9387     }
9389 ##### Example, bad
9391 Reuse of a member name as a local variable can also be a problem:
9393     struct S {
9394         int m;
9395         void f(int x);
9396     };
9398     void S::f(int x)
9399     {
9400         m = 7;    // assign to member
9401         if (x) {
9402             int m = 9;
9403             // ...
9404             m = 99; // assign to member
9405             // ...
9406         }
9407     }
9409 ##### Exception
9411 We often reuse function names from a base class in a derived class:
9413     struct B {
9414         void f(int);
9415     };
9417     struct D : B {
9418         void f(double);
9419         using B::f;
9420     };
9422 This is error-prone.
9423 For example, had we forgotten the using declaration, a call `d.f(1)` would not have found the `int` version of `f`.
9425 ??? Do we need a specific rule about shadowing/hiding in class hierarchies?
9427 ##### Enforcement
9429 * Flag reuse of a name in nested local scopes
9430 * Flag reuse of a member name as a local variable in a member function
9431 * Flag reuse of a global name as a local variable or a member name
9432 * Flag reuse of a base class member name in a derived class (except for function names)
9434 ### <a name="Res-always"></a>ES.20: Always initialize an object
9436 ##### Reason
9438 Avoid used-before-set errors and their associated undefined behavior.
9439 Avoid problems with comprehension of complex initialization.
9440 Simplify refactoring.
9442 ##### Example
9444     void use(int arg)
9445     {
9446         int i;   // bad: uninitialized variable
9447         // ...
9448         i = 7;   // initialize i
9449     }
9451 No, `i = 7` does not initialize `i`; it assigns to it. Also, `i` can be read in the `...` part. Better:
9453     void use(int arg)   // OK
9454     {
9455         int i = 7;   // OK: initialized
9456         string s;    // OK: default initialized
9457         // ...
9458     }
9460 ##### Note
9462 The *always initialize* rule is deliberately stronger than the *an object must be set before used* language rule.
9463 The latter, more relaxed rule, catches the technical bugs, but:
9465 * It leads to less readable code
9466 * It encourages people to declare names in greater than necessary scopes
9467 * It leads to harder to read code
9468 * It leads to logic bugs by encouraging complex code
9469 * It hampers refactoring
9471 The *always initialize* rule is a style rule aimed to improve maintainability as well as a rule protecting against used-before-set errors.
9473 ##### Example
9475 Here is an example that is often considered to demonstrate the need for a more relaxed rule for initialization
9477     widget i;    // "widget" a type that's expensive to initialize, possibly a large POD
9478     widget j;
9480     if (cond) {  // bad: i and j are initialized "late"
9481         i = f1();
9482         j = f2();
9483     }
9484     else {
9485         i = f3();
9486         j = f4();
9487     }
9489 This cannot trivially be rewritten to initialize `i` and `j` with initializers.
9490 Note that for types with a default constructor, attempting to postpone initialization simply leads to a default initialization followed by an assignment.
9491 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.
9493 At the cost of repeating `cond` we could write:
9495     widget i = (cond) ? f1() : f3();
9496     widget j = (cond) ? f2() : f4();
9498 Assuming that there is a logical connection between `i` and `j`, that connection should probably be expressed in code:
9500     pair<widget, widget> make_related_widgets(bool x)
9501     {
9502         return (x) ? {f1(), f2()} : {f3(), f4() };
9503     }
9505     auto init = make_related_widgets(cond);
9506     widget i = init.first;
9507     widget j = init.second;
9509 Obviously, what we really would like is a construct that initialized n variables from a `tuple`. For example:
9511     auto [i, j] = make_related_widgets(cond);    // C++17, not C++14
9513 Today, we might approximate that using `tie()`:
9515     widget i;       // bad: uninitialized variable
9516     widget j;
9517     tie(i, j) = make_related_widgets(cond);
9519 This may be seen as an example of the *immediately initialize from input* exception below.
9521 Creating optimal and equivalent code from all of these examples should be well within the capabilities of modern C++ compilers
9522 (but don't make performance claims without measuring; a compiler may very well not generate optimal code for every example and
9523 there may be language rules preventing some optimization that you would have liked in a particular case).
9525 ##### Note
9527 Complex initialization has been popular with clever programmers for decades.
9528 It has also been a major source of errors and complexity.
9529 Many such errors are introduced during maintenance years after the initial implementation.
9531 ##### Exception
9533 It you are declaring an object that is just about to be initialized from input, initializing it would cause a double initialization.
9534 However, beware that this may leave uninitialized data beyond the input -- and that has been a fertile source of errors and security breaches:
9536     constexpr int max = 8 * 1024;
9537     int buf[max];         // OK, but suspicious: uninitialized
9538     f.read(buf, max);
9540 The cost of initializing that array could be significant in some situations.
9541 However, such examples do tend to leave uninitialized variables accessible, so they should be treated with suspicion.
9543     constexpr int max = 8 * 1024;
9544     int buf[max] = {};   // zero all elements; better in some situations
9545     f.read(buf, max);
9547 When feasible use a library function that is known not to overflow. For example:
9549     string s;   // s is default initialized to ""
9550     cin >> s;   // s expands to hold the string
9552 Don't consider simple variables that are targets for input operations exceptions to this rule:
9554     int i;   // bad
9555     // ...
9556     cin >> i;
9558 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.
9560     int i2 = 0;   // better
9561     // ...
9562     cin >> i;
9564 A good optimizer should know about input operations and eliminate the redundant operation.
9566 ##### Example
9568 Using an `uninitialized` or sentinel value is a symptom of a problem and not a
9569 solution:
9571     widget i = uninit;  // bad
9572     widget j = uninit;
9574     // ...
9575     use(i);         // possibly used before set
9576     // ...
9578     if (cond) {     // bad: i and j are initialized "late"
9579         i = f1();
9580         j = f2();
9581     }
9582     else {
9583         i = f3();
9584         j = f4();
9585     }
9587 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?
9589 ##### Note
9591 Sometimes, a lambda can be used as an initializer to avoid an uninitialized variable:
9593     error_code ec;
9594     Value v = [&] {
9595         auto p = get_value();   // get_value() returns a pair<error_code, Value>
9596         ec = p.first;
9597         return p.second;
9598     }();
9600 or maybe:
9602     Value v = [] {
9603         auto p = get_value();   // get_value() returns a pair<error_code, Value>
9604         if (p.first) throw Bad_value{p.first};
9605         return p.second;
9606     }();
9608 **See also**: [ES.28](#Res-lambda-init)
9610 ##### Enforcement
9612 * Flag every uninitialized variable.
9613   Don't flag variables of user-defined types with default constructors.
9614 * Check that an uninitialized buffer is written into *immediately* after declaration.
9615   Passing an uninitialized variable as a reference to non-`const` argument can be assumed to be a write into the variable.
9617 ### <a name="Res-introduce"></a>ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it
9619 ##### Reason
9621 Readability. To limit the scope in which the variable can be used.
9623 ##### Example
9625     int x = 7;
9626     // ... no use of x here ...
9627     ++x;
9629 ##### Enforcement
9631 Flag declarations that are distant from their first use.
9633 ### <a name="Res-init"></a>ES.22: Don't declare a variable until you have a value to initialize it with
9635 ##### Reason
9637 Readability. Limit the scope in which a variable can be used. Don't risk used-before-set. Initialization is often more efficient than assignment.
9639 ##### Example, bad
9641     string s;
9642     // ... no use of s here ...
9643     s = "what a waste";
9645 ##### Example, bad
9647     SomeLargeType var;   // ugly CaMeLcAsEvArIaBlE
9649     if (cond)   // some non-trivial condition
9650         Set(&var);
9651     else if (cond2 || !cond3) {
9652         var = Set2(3.14);
9653     }
9654     else {
9655         var = 0;
9656         for (auto& e : something)
9657             var += e;
9658     }
9660     // use var; that this isn't done too early can be enforced statically with only control flow
9662 This would be fine if there was a default initialization for `SomeLargeType` that wasn't too expensive.
9663 Otherwise, a programmer might very well wonder if every possible path through the maze of conditions has been covered.
9664 If not, we have a "use before set" bug. This is a maintenance trap.
9666 For initializers of moderate complexity, including for `const` variables, consider using a lambda to express the initializer; see [ES.28](#Res-lambda-init).
9668 ##### Enforcement
9670 * Flag declarations with default initialization that are assigned to before they are first read.
9671 * Flag any complicated computation after an uninitialized variable and before its use.
9673 ### <a name="Res-list"></a>ES.23: Prefer the `{}` initializer syntax
9675 ##### Reason
9677 The rules for `{}` initialization are simpler, more general, less ambiguous, and safer than for other forms of initialization.
9679 ##### Example
9681     int x {f(99)};
9682     vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
9684 ##### Exception
9686 For containers, there is a tradition for using `{...}` for a list of elements and `(...)` for sizes:
9688     vector<int> v1(10);    // vector of 10 elements with the default value 0
9689     vector<int> v2 {10};   // vector of 1 element with the value 10
9691 ##### Note
9693 `{}`-initializers do not allow narrowing conversions.
9695 ##### Example
9697     int x {7.9};   // error: narrowing
9698     int y = 7.9;   // OK: y becomes 7. Hope for a compiler warning
9700 ##### Note
9702 `{}` initialization can be used for all initialization; other forms of initialization can't:
9704     auto p = new vector<int> {1, 2, 3, 4, 5};   // initialized vector
9705     D::D(int a, int b) :m{a, b} {   // member initializer (e.g., m might be a pair)
9706         // ...
9707     };
9708     X var {};   // initialize var to be empty
9709     struct S {
9710         int m {7};   // default initializer for a member
9711         // ...
9712     };
9714 ##### Note
9716 Initialization of a variable declared using `auto` with a single value, e.g., `{v}`, had surprising results until recently:
9718     auto x1 {7};        // x1 is an int with the value 7
9719     // x2 is an initializer_list<int> with an element 7
9720     // (this will will change to "element 7" in C++17)
9721     auto x2 = {7};
9723     auto x11 {7, 8};    // error: two initializers
9724     auto x22 = {7, 8};  // x2 is an initializer_list<int> with elements 7 and 8
9726 ##### Exception
9728 Use `={...}` if you really want an `initializer_list<T>`
9730     auto fib10 = {0, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55};   // fib10 is a list
9732 ##### Note
9734 Old habits die hard, so this rule is hard to apply consistently, especially as there are so many cases where `=` is innocent.
9736 ##### Example
9738     template<typename T>
9739     void f()
9740     {
9741         T x1(1);    // T initialized with 1
9742         T x0();     // bad: function declaration (often a mistake)
9744         T y1 {1};   // T initialized with 1
9745         T y0 {};    // default initialized T
9746         // ...
9747     }
9749 **See also**: [Discussion](#???)
9751 ##### Enforcement
9753 Tricky.
9755 * Don't flag uses of `=` for simple initializers.
9756 * Look for `=` after `auto` has been seen.
9758 ### <a name="Res-unique"></a>ES.24: Use a `unique_ptr<T>` to hold pointers
9760 ##### Reason
9762 Using `std::unique_ptr` is the simplest way to avoid leaks. It is reliable, it
9763 makes the type system do much of the work to validate ownership safety, it
9764 increases readability, and it has zero or near zero runtime cost.
9766 ##### Example
9768     void use(bool leak)
9769     {
9770         auto p1 = make_unique<int>(7);   // OK
9771         int* p2 = new int{7};            // bad: might leak
9772         // ...
9773         if (leak) return;
9774         // ...
9775     }
9777 If `leak == true` the object pointed to by `p2` is leaked and the object pointed to by `p1` is not.
9779 ##### Enforcement
9781 Look for raw pointers that are targets of `new`, `malloc()`, or functions that may return such pointers.
9783 ### <a name="Res-const"></a>ES.25: Declare an object `const` or `constexpr` unless you want to modify its value later on
9785 ##### Reason
9787 That way you can't change the value by mistake. That way may offer the compiler optimization opportunities.
9789 ##### Example
9791     void f(int n)
9792     {
9793         const int bufmax = 2 * n + 2;  // good: we can't change bufmax by accident
9794         int xmax = n;                  // suspicious: is xmax intended to change?
9795         // ...
9796     }
9798 ##### Enforcement
9800 Look to see if a variable is actually mutated, and flag it if
9801 not. Unfortunately, it may be impossible to detect when a non-`const` was not
9802 *intended* to vary (vs when it merely did not vary).
9804 ### <a name="Res-recycle"></a>ES.26: Don't use a variable for two unrelated purposes
9806 ##### Reason
9808 Readability and safety.
9810 ##### Example, bad
9812     void use()
9813     {
9814         int i;
9815         for (i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }
9816         for (i = 0; i < 200; ++i) { /* ... */ } // bad: i recycled
9817     }
9819 ##### Note
9821 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.
9823     {
9824         std::string buffer;             // to avoid reallocations on every loop iteration
9825         for (auto& o : objects)
9826         {
9827             // First part of the work.
9828             generateFirstString(buffer, o);
9829             writeToFile(buffer);
9831             // Second part of the work.
9832             generateSecondString(buffer, o);
9833             writeToFile(buffer);
9835             // etc...
9836         }
9837     }
9839 ##### Enforcement
9841 Flag recycled variables.
9843 ### <a name="Res-stack"></a>ES.27: Use `std::array` or `stack_array` for arrays on the stack
9845 ##### Reason
9847 They are readable and don't implicitly convert to pointers.
9848 They are not confused with non-standard extensions of built-in arrays.
9850 ##### Example, bad
9852     const int n = 7;
9853     int m = 9;
9855     void f()
9856     {
9857         int a1[n];
9858         int a2[m];   // error: not ISO C++
9859         // ...
9860     }
9862 ##### Note
9864 The definition of `a1` is legal C++ and has always been.
9865 There is a lot of such code.
9866 It is error-prone, though, especially when the bound is non-local.
9867 Also, it is a "popular" source of errors (buffer overflow, pointers from array decay, etc.).
9868 The definition of `a2` is C but not C++ and is considered a security risk
9870 ##### Example
9872     const int n = 7;
9873     int m = 9;
9875     void f()
9876     {
9877         array<int, n> a1;
9878         stack_array<int> a2(m);
9879         // ...
9880     }
9882 ##### Enforcement
9884 * Flag arrays with non-constant bounds (C-style VLAs)
9885 * Flag arrays with non-local constant bounds
9887 ### <a name="Res-lambda-init"></a>ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables
9889 ##### Reason
9891 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.
9893 ##### Example, bad
9895     widget x;   // should be const, but:
9896     for (auto i = 2; i <= N; ++i) {             // this could be some
9897         x += some_obj.do_something_with(i);  // arbitrarily long code
9898     }                                        // needed to initialize x
9899     // from here, x should be const, but we can't say so in code in this style
9901 ##### Example, good
9903     const widget x = [&]{
9904         widget val;                                // assume that widget has a default constructor
9905         for (auto i = 2; i <= N; ++i) {            // this could be some
9906             val += some_obj.do_something_with(i);  // arbitrarily long code
9907         }                                          // needed to initialize x
9908         return val;
9909     }();
9911 ##### Example
9913     string var = [&]{
9914         if (!in) return "";   // default
9915         string s;
9916         for (char c : in >> c)
9917             s += toupper(c);
9918         return s;
9919     }(); // note ()
9921 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.
9923 ##### Example
9925     owner<istream&> in = [&]{
9926         switch (source) {
9927         case default:       owned = false; return cin;
9928         case command_line:  owned = true;  return *new istringstream{argv[2]};
9929         case file:          owned = true;  return *new ifstream{argv[2]};
9930     }();
9932 ##### Enforcement
9934 Hard. At best a heuristic. Look for an uninitialized variable followed by a loop assigning to it.
9936 ### <a name="Res-macros"></a>ES.30: Don't use macros for program text manipulation
9938 ##### Reason
9940 Macros are a major source of bugs.
9941 Macros don't obey the usual scope and type rules.
9942 Macros ensure that the human reader sees something different from what the compiler sees.
9943 Macros complicate tool building.
9945 ##### Example, bad
9947     #define Case break; case   /* BAD */
9949 This innocuous-looking macro makes a single lower case `c` instead of a `C` into a bad flow-control bug.
9951 ##### Note
9953 This rule does not ban the use of macros for "configuration control" use in `#ifdef`s, etc.
9955 ##### Enforcement
9957 Scream when you see a macro that isn't just used for source control (e.g., `#ifdef`)
9959 ### <a name="Res-macros2"></a>ES.31: Don't use macros for constants or "functions"
9961 ##### Reason
9963 Macros are a major source of bugs.
9964 Macros don't obey the usual scope and type rules.
9965 Macros don't obey the usual rules for argument passing.
9966 Macros ensure that the human reader sees something different from what the compiler sees.
9967 Macros complicate tool building.
9969 ##### Example, bad
9971     #define PI 3.14
9972     #define SQUARE(a, b) (a * b)
9974 Even if we hadn't left a well-known bug in `SQUARE` there are much better behaved alternatives; for example:
9976     constexpr double pi = 3.14;
9977     template<typename T> T square(T a, T b) { return a * b; }
9979 ##### Enforcement
9981 Scream when you see a macro that isn't just used for source control (e.g., `#ifdef`)
9983 ### <a name="Res-ALL_CAPS"></a>ES.32: Use `ALL_CAPS` for all macro names
9985 ##### Reason
9987 Convention. Readability. Distinguishing macros.
9989 ##### Example
9991     #define forever for (;;)   /* very BAD */
9993     #define FOREVER for (;;)   /* Still evil, but at least visible to humans */
9995 ##### Enforcement
9997 Scream when you see a lower case macro.
9999 ### <a name="Res-MACROS"></a>ES.33: If you must use macros, give them unique names
10001 ##### Reason
10003 Macros do not obey scope rules.
10005 ##### Example
10007     #define MYCHAR        /* BAD, will eventually clash with someone else's MYCHAR*/
10009     #define ZCORP_CHAR    /* Still evil, but less likely to clash */
10011 ##### Note
10013 Avoid macros if you can: [ES.30](#Res-macros), [ES.31](#Res-macros2), and [ES.32](#Res-ALL_CAPS).
10014 However, there are billions of lines of code littered with macros and a long tradition for using and overusing macros.
10015 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.
10017 ##### Enforcement
10019 Warn against short macro names.
10021 ### <a name="Res-ellipses"></a> ES.34: Don't define a (C-style) variadic function
10023 ##### Reason
10025 Not type safe.
10026 Requires messy cast-and-macro-laden code to get working right.
10028 ##### Example
10030     #include<cstdarg>
10032     // "severity" followed by a zero-terminated list of char*s; write the C-style strings to cerr
10033     void error(int severity ...)
10034     {
10035         va_list ap;             // a magic type for holding arguments
10036         va_start(ap, severity); // arg startup: "severity" is the first argument of error()
10038         for (;;) {
10039             // treat the next var as a char*; no checking: a cast in disguise
10040             char* p = va_arg(ap, char*);
10041             if (p == nullptr) break;
10042             cerr << p << ' ';
10043         }
10045         va_end(ap);             // arg cleanup (don't forget this)
10047         cerr << '\n';
10048         if (severity) exit(severity);
10049     }
10051     void use()
10052     {
10053         error(7, "this", "is", "an", "error", nullptr);
10054         error(7); // crash
10055         error(7, "this", "is", "an", "error");  // crash
10056         const char* is = "is";
10057         string an = "an";
10058         error(7, "this", "is", an, "error"); // crash
10059     }
10061 **Alternative**: Overloading. Templates. Variadic templates.
10063 ##### Note
10065 This is basically the way `printf` is implemented.
10067 ##### Enforcement
10069 * Flag definitions of C-style variadic functions.
10070 * Flag `#include<cstdarg>` and `#include<stdarg.h>`
10072 ## ES.stmt: Statements
10074 Statements control the flow of control (except for function calls and exception throws, which are expressions).
10076 ### <a name="Res-switch-if"></a>ES.70: Prefer a `switch`-statement to an `if`-statement when there is a choice
10078 ##### Reason
10080 * Readability.
10081 * Efficiency: A `switch` compares against constants and is usually better optimized than a series of tests in an `if`-`then`-`else` chain.
10082 * A `switch` enables some heuristic consistency checking. For example, have all values of an `enum` been covered? If not, is there a `default`?
10084 ##### Example
10086     void use(int n)
10087     {
10088         switch (n) {   // good
10089         case 0:   // ...
10090         case 7:   // ...
10091         }
10092     }
10094 rather than:
10096     void use2(int n)
10097     {
10098         if (n == 0)   // bad: if-then-else chain comparing against a set of constants
10099             // ...
10100         else if (n == 7)
10101             // ...
10102     }
10104 ##### Enforcement
10106 Flag `if`-`then`-`else` chains that check against constants (only).
10108 ### <a name="Res-for-range"></a>ES.71: Prefer a range-`for`-statement to a `for`-statement when there is a choice
10110 ##### Reason
10112 Readability. Error prevention. Efficiency.
10114 ##### Example
10116     for (int i = 0; i < v.size(); ++i)   // bad
10117             cout << v[i] << '\n';
10119     for (auto p = v.begin(); p != v.end(); ++p)   // bad
10120         cout << *p << '\n';
10122     for (auto& x : v)    // OK
10123         cout << x << '\n';
10125     for (int i = 1; i < v.size(); ++i) // touches two elements: can't be a range-for
10126         cout << v[i] + v[i - 1] << '\n';
10128     for (int i = 0; i < v.size(); ++i) // possible side-effect: can't be a range-for
10129         cout << f(v, &v[i]) << '\n';
10131     for (int i = 0; i < v.size(); ++i) { // body messes with loop variable: can't be a range-for
10132         if (i % 2 == 0)
10133             continue;   // skip even elements
10134         else
10135             cout << v[i] << '\n';
10136     }
10138 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.
10140 "Messing with the loop variable" in the body of a loop is typically best avoided.
10142 ##### Note
10144 Don't use expensive copies of the loop variable of a range-`for` loop:
10146     for (string s : vs) // ...
10148 This will copy each elements of `vs` into `s`. Better:
10150     for (string& s : vs) // ...
10152 Better still, if the loop variable isn't modified or copied:
10154     for (const string& s : vs) // ...
10156 ##### Enforcement
10158 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.
10160 ### <a name="Res-for-while"></a>ES.72: Prefer a `for`-statement to a `while`-statement when there is an obvious loop variable
10162 ##### Reason
10164 Readability: the complete logic of the loop is visible "up front". The scope of the loop variable can be limited.
10166 ##### Example
10168     for (int i = 0; i < vec.size(); i++) {
10169         // do work
10170     }
10172 ##### Example, bad
10174     int i = 0;
10175     while (i < vec.size()) {
10176         // do work
10177         i++;
10178     }
10180 ##### Enforcement
10184 ### <a name="Res-while-for"></a>ES.73: Prefer a `while`-statement to a `for`-statement when there is no obvious loop variable
10186 ##### Reason
10188  ???
10190 ##### Example
10192     ???
10194 ##### Enforcement
10198 ### <a name="Res-for-init"></a>ES.74: Prefer to declare a loop variable in the initializer part of a `for`-statement
10200 ##### Reason
10202 Limit the loop variable visibility to the scope of the loop.
10203 Avoid using the loop variable for other purposes after the loop.
10205 ##### Example
10207     for (int i = 0; i < 100; ++i) {   // GOOD: i var is visible only inside the loop
10208         // ...
10209     }
10211 ##### Example, don't
10213     int j;                            // BAD: j is visible outside the loop
10214     for (j = 0; j < 100; ++j) {
10215         // ...
10216     }
10217     // j is still visible here and isn't needed
10219 **See also**: [Don't use a variable for two unrelated purposes](#Res-recycle)
10221 ##### Enforcement
10223 Warn when a variable modified inside the `for`-statement is declared outside the loop and not being used outside the loop.
10225 **Discussion**: Scoping the loop variable to the loop body also helps code optimizers greatly. Recognizing that the induction variable
10226 is only accessible in the loop body unblocks optimizations such as hoisting, strength reduction, loop-invariant code motion, etc.
10228 ### <a name="Res-do"></a>ES.75: Avoid `do`-statements
10230 ##### Reason
10232 Readability, avoidance of errors.
10233 The termination condition is at the end (where it can be overlooked) and the condition is not checked the first time through. ???
10235 ##### Example
10237     int x;
10238     do {
10239         cin >> x;
10240         // ...
10241     } while (x < 0);
10243 ##### Enforcement
10247 ### <a name="Res-goto"></a>ES.76: Avoid `goto`
10249 ##### Reason
10251 Readability, avoidance of errors. There are better control structures for humans; `goto` is for machine generated code.
10253 ##### Exception
10255 Breaking out of a nested loop. In that case, always jump forwards.
10257 ##### Example
10259     ???
10261 ##### Example
10263 There is a fair amount of use of the C goto-exit idiom:
10265     void f()
10266     {
10267         // ...
10268             goto exit;
10269         // ...
10270             goto exit;
10271         // ...
10272     exit:
10273         ... common cleanup code ...
10274     }
10276 This is an ad-hoc simulation of destructors. Declare your resources with handles with destructors that clean up.
10278 ##### Enforcement
10280 * 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.
10282 ### <a name="Res-continue"></a>ES.77: ??? `continue`
10284 ##### Reason
10286  ???
10288 ##### Example
10290     ???
10292 ##### Enforcement
10296 ### <a name="Res-break"></a>ES.78: Always end a non-empty `case` with a `break`
10298 ##### Reason
10300  Accidentally leaving out a `break` is a fairly common bug.
10301  A deliberate fallthrough is a maintenance hazard.
10303 ##### Example
10305     switch (eventType)
10306     {
10307     case Information:
10308         update_status_bar();
10309         break;
10310     case Warning:
10311         write_event_log();
10312     case Error:
10313         display_error_window(); // Bad
10314         break;
10315     }
10317 It is easy to overlook the fallthrough. Be explicit:
10319     switch (eventType)
10320     {
10321     case Information:
10322         update_status_bar();
10323         break;
10324     case Warning:
10325         write_event_log();
10326         // fallthrough
10327     case Error:
10328         display_error_window(); // Bad
10329         break;
10330     }
10332 There is a proposal for a `[[fallthrough]]` annotation.
10334 ##### Note
10336 Multiple case labels of a single statement is OK:
10338     switch (x) {
10339     case 'a':
10340     case 'b':
10341     case 'f':
10342         do_something(x);
10343         break;
10344     }
10346 ##### Enforcement
10348 Flag all fallthroughs from non-empty `case`s.
10350 ### <a name="Res-default"></a>ES.79: ??? `default`
10352 ##### Reason
10354  ???
10356 ##### Example
10358     ???
10360 ##### Enforcement
10364 ### <a name="Res-empty"></a>ES.85: Make empty statements visible
10366 ##### Reason
10368 Readability.
10370 ##### Example
10372     for (i = 0; i < max; ++i);   // BAD: the empty statement is easily overlooked
10373     v[i] = f(v[i]);
10375     for (auto x : v) {           // better
10376         // nothing
10377     }
10378     v[i] = f(v[i]);
10380 ##### Enforcement
10382 Flag empty statements that are not blocks and don't contain comments.
10384 ### <a name="Res-loop-counter"></a>ES.86: Avoid modifying loop control variables inside the body of raw for-loops
10386 ##### Reason
10388 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.
10390 ##### Example
10392     for (int i = 0; i < 10; ++i) {
10393         // no updates to i -- ok
10394     }
10396     for (int i = 0; i < 10; ++i) {
10397         //
10398         if (/* something */) ++i; // BAD
10399         //
10400     }
10402     bool skip = false;
10403     for (int i = 0; i < 10; ++i) {
10404         if (skip) { skip = false; continue; }
10405         //
10406         if (/* something */) skip = true;  // Better: using two variable for two concepts.
10407         //
10408     }
10410 ##### Enforcement
10412 Flag variables that are potentially updated (have a non-const use) in both the loop control iteration-expression and the loop body.
10414 ## ES.expr: Expressions
10416 Expressions manipulate values.
10418 ### <a name="Res-complicated"></a>ES.40: Avoid complicated expressions
10420 ##### Reason
10422 Complicated expressions are error-prone.
10424 ##### Example
10426     // bad: assignment hidden in subexpression
10427     while ((c = getc()) != -1)
10429     // bad: two non-local variables assigned in a sub-expressions
10430     while ((cin >> c1, cin >> c2), c1 == c2)
10432     // better, but possibly still too complicated
10433     for (char c1, c2; cin >> c1 >> c2 && c1 == c2;)
10435     // OK: if i and j are not aliased
10436     int x = ++i + ++j;
10438     // OK: if i != j and i != k
10439     v[i] = v[j] + v[k];
10441     // bad: multiple assignments "hidden" in subexpressions
10442     x = a + (b = f()) + (c = g()) * 7;
10444     // bad: relies on commonly misunderstood precedence rules
10445     x = a & b + c * d && e ^ f == 7;
10447     // bad: undefined behavior
10448     x = x++ + x++ + ++x;
10450 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.
10452 ##### Note
10454 A programmer should know and use the basic rules for expressions.
10456 ##### Example
10458     x = k * y + z;             // OK
10460     auto t1 = k * y;           // bad: unnecessarily verbose
10461     x = t1 + z;
10463     if (0 <= x && x < max)   // OK
10465     auto t1 = 0 <= x;        // bad: unnecessarily verbose
10466     auto t2 = x < max;
10467     if (t1 && t2)            // ...
10469 ##### Enforcement
10471 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:
10473 * 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
10474 * writes to aliased variables
10475 * more than N operators (and what should N be?)
10476 * reliance of subtle precedence rules
10477 * uses undefined behavior (can we catch all undefined behavior?)
10478 * implementation defined behavior?
10479 * ???
10481 ### <a name="Res-parens"></a>ES.41: If in doubt about operator precedence, parenthesize
10483 ##### Reason
10485 Avoid errors. Readability. Not everyone has the operator table memorized.
10487 ##### Example
10489     const unsigned int flag = 2;
10490     unsigned int a = flag;
10492     if (a & flag != 0)  // bad: means a&(flag != 0)
10494 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.
10496     if ((a & flag) != 0)  // OK: works as intended
10498 ##### Note
10500 You should know enough not to need parentheses for:
10502     if (a < 0 || a <= max) {
10503         // ...
10504     }
10506 ##### Enforcement
10508 * Flag combinations of bitwise-logical operators and other operators.
10509 * Flag assignment operators not as the leftmost operator.
10510 * ???
10512 ### <a name="Res-ptr"></a>ES.42: Keep use of pointers simple and straightforward
10514 ##### Reason
10516 Complicated pointer manipulation is a major source of errors.
10518 * Do all pointer arithmetic on a `span` (exception ++p in simple loop???)
10519 * Avoid pointers to pointers
10520 * ???
10522 ##### Example
10524     ???
10526 ##### Enforcement
10528 We need a heuristic limiting the complexity of pointer arithmetic statement.
10530 ### <a name="Res-order"></a>ES.43: Avoid expressions with undefined order of evaluation
10532 ##### Reason
10534 You have no idea what such code does. Portability.
10535 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.
10537 ##### Example
10539     v[i] = ++i;   //  the result is undefined
10541 A good rule of thumb is that you should not read a value twice in an expression where you write to it.
10543 ##### Example
10545     ???
10547 ##### Note
10549 What is safe?
10551 ##### Enforcement
10553 Can be detected by a good analyzer.
10555 ### <a name="Res-order-fct"></a>ES.44: Don't depend on order of evaluation of function arguments
10557 ##### Reason
10559 Because that order is unspecified.
10561 ##### Example
10563     int i = 0;
10564     f(++i, ++i);
10566 The call will most likely be `f(0, 1)` or `f(1, 0)`, but you don't know which. Technically, the behavior is undefined.
10568 ##### Example
10570 ??? overloaded operators can lead to order of evaluation problems (shouldn't :-()
10572     f1()->m(f2());   // m(f1(), f2())
10573     cout << f1() << f2();   // operator<<(operator<<(cout, f1()), f2())
10575 ##### Enforcement
10577 Can be detected by a good analyzer.
10579 ### <a name="Res-magic"></a>ES.45: Avoid "magic constants"; use symbolic constants
10581 ##### Reason
10583 Unnamed constants embedded in expressions are easily overlooked and often hard to understand:
10585 ##### Example
10587     for (int m = 1; m <= 12; ++m)   // don't: magic constant 12
10588         cout << month[m] << '\n';
10590 No, we don't all know that there are 12 months, numbered 1..12, in a year. Better:
10592     constexpr int month_count = 12;   // months are numbered 1..12
10594     for (int m = first_month; m <= month_count; ++m)   // better
10595         cout << month[m] << '\n';
10597 Better still, don't expose constants:
10599     for (auto m : month)
10600         cout << m << '\n';
10602 ##### Enforcement
10604 Flag literals in code. Give a pass to `0`, `1`, `nullptr`, `\n`, `""`, and others on a positive list.
10606 ### <a name="Res-narrowing"></a>ES.46: Avoid lossy (narrowing, truncating) arithmetic conversions
10608 ##### Reason
10610 A narrowing conversion destroys information, often unexpectedly so.
10612 ##### Example, bad
10614 A key example is basic narrowing:
10616     double d = 7.9;
10617     int i = d;    // bad: narrowing: i becomes 7
10618     i = (int) d;  // bad: we're going to claim this is still not explicit enough
10620     void f(int x, long y, double d)
10621     {
10622         char c1 = x;   // bad: narrowing
10623         char c2 = y;   // bad: narrowing
10624         char c3 = d;   // bad: narrowing
10625     }
10627 ##### Note
10629 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:
10631     i = narrow_cast<int>(d);   // OK (you asked for it): narrowing: i becomes 7
10632     i = narrow<int>(d);        // OK: throws narrowing_error
10634 We also include lossy arithmetic casts, such as from a negative floating point type to an unsigned integral type:
10636     double d = -7.9;
10637     unsigned u = 0;
10639     u = d;                          // BAD
10640     u = narrow_cast<unsigned>(d);   // OK (you asked for it): u becomes 0
10641     u = narrow<unsigned>(d);        // OK: throws narrowing_error
10643 ##### Enforcement
10645 A good analyzer can detect all narrowing conversions. However, flagging all narrowing conversions will lead to a lot of false positives. Suggestions:
10647 * flag all floating-point to integer conversions (maybe only `float`->`char` and `double`->`int`. Here be dragons! we need data)
10648 * flag all `long`->`char` (I suspect `int`->`char` is very common. Here be dragons! we need data)
10649 * consider narrowing conversions for function arguments especially suspect
10651 ### <a name="Res-nullptr"></a>ES.47: Use `nullptr` rather than `0` or `NULL`
10653 ##### Reason
10655 Readability. Minimize surprises: `nullptr` cannot be confused with an
10656 `int`. `nullptr` also has a well-specified (very restrictive) type, and thus
10657 works in more scenarios where type deduction might do the wrong thing on `NULL`
10658 or `0`.
10660 ##### Example
10662 Consider:
10664     void f(int);
10665     void f(char*);
10666     f(0);         // call f(int)
10667     f(nullptr);   // call f(char*)
10669 ##### Enforcement
10671 Flag uses of `0` and `NULL` for pointers. The transformation may be helped by simple program transformation.
10673 ### <a name="Res-casts"></a>ES.48: Avoid casts
10675 ##### Reason
10677 Casts are a well-known source of errors. Makes some optimizations unreliable.
10679 ##### Example
10681     ???
10683 ##### Note
10685 Programmer who write casts typically assumes that they know what they are doing.
10686 In fact, they often disable the general rules for using values.
10687 Overload resolution and template instantiation usually pick the right function if there is a right function to pick.
10688 If there is not, maybe there ought to be, rather than applying a local fix (cast).
10690 ##### Note
10692 Casts are necessary in a systems programming language.  For example, how else
10693 would we get the address of a device register into a pointer?  However, casts
10694 are seriously overused as well as a major source of errors.
10696 ##### Note
10698 If you feel the need for a lot of casts, there may be a fundamental design problem.
10700 ##### Enforcement
10702 * Force the elimination of C-style casts
10703 * Warn against named casts
10704 * Warn if there are many functional style casts (there is an obvious problem in quantifying 'many').
10706 ### <a name="Res-casts-named"></a>ES.49: If you must use a cast, use a named cast
10708 ##### Reason
10710 Readability. Error avoidance.
10711 Named casts are more specific than a C-style or functional cast, allowing the compiler to catch some errors.
10713 The named casts are:
10715 * `static_cast`
10716 * `const_cast`
10717 * `reinterpret_cast`
10718 * `dynamic_cast`
10719 * `std::move`         // `move(x)` is an rvalue reference to `x`
10720 * `std::forward`      // `forward(x)` is an rvalue reference to `x`
10721 * `gsl::narrow_cast`  // `narrow_cast<T>(x)` is `static_cast<T>(x)`
10722 * `gsl::narrow`       // `narrow<T>(x)` is `static_cast<T>(x)` if `static_cast<T>(x) == x` or it throws `narrowing_error`
10724 ##### Example
10726     ???
10728 ##### Note
10730 When converting between types with no information loss (e.g. from `float` to
10731 `double` or `int64` from `int32`), brace initialization may be used instead.
10733     double d{some_float};
10734     int64_t i{some_int32};
10736 This makes it clear that the type conversion was intended and also prevents
10737 conversions between types that might result in loss of precision. (It is a
10738 compilation error to try to initialize a `float` from a `double` in this fashion,
10739 for example.)
10741 ##### Enforcement
10743 Flag C-style and functional casts.
10745 ### <a name="Res-casts-const"></a>ES.50: Don't cast away `const`
10747 ##### Reason
10749 It makes a lie out of `const`.
10751 ##### Note
10753 Usually the reason to "cast away `const`" is to allow the updating of some transient information of an otherwise immutable object.
10754 Examples are caching, memoization, and precomputation.
10755 Such examples are often handled as well or better using `mutable` or an indirection than with a `const_cast`.
10757 ##### Example
10759 Consider keeping previously computed results around for a costly operation:
10761     int compute(int x); // compute a value for x; assume this to be costly
10763     class Cache {   // some type implementing a cache for an int->int operation
10764     public:
10765         pair<bool, int> find(int x) const;   // is there a value for x?
10766         void set(int x, int v);             // make y the value for x
10767         // ...
10768     private:
10769         // ...
10770     };
10772     class X {
10773     public:
10774         int get_val(int x)
10775         {
10776             auto p = cache.find(x);
10777             if (p.first) return p.second;
10778             int val = compute(x);
10779             cache.set(x, val); // insert value for x
10780             return val;
10781         }
10782         // ...
10783     private:
10784         Cache cache;
10785     };
10787 Here, `get_val()` is logically constant, so we would like to make it a `const` member.
10788 To do this we still need to mutate `cache`, so people sometimes resort to a `const_cast`:
10790     class X {   // Suspicious solution based on casting
10791     public:
10792         int get_val(int x) const
10793         {
10794             auto p = cache.find(x);
10795             if (p.first) return p.second;
10796             int val = compute(x);
10797             const_cast<Cache&>(cache).set(x, val);   // ugly
10798             return val;
10799         }
10800         // ...
10801     private:
10802         Cache cache;
10803     };
10805 Fortunately, there is a better solution:
10806 State that `cache` is mutable even for a `const` object:
10808     class X {   // better solution
10809     public:
10810         int get_val(int x) const
10811         {
10812             auto p = cache.find(x);
10813             if (p.first) return p.second;
10814             int val = compute(x);
10815             cache.set(x, val);
10816             return val;
10817         }
10818         // ...
10819     private:
10820         mutable Cache cache;
10821     };
10823 An alternative solution would to store a pointer to the `cache`:
10825     class X {   // OK, but slightly messier solution
10826     public:
10827         int get_val(int x) const
10828         {
10829             auto p = cache->find(x);
10830             if (p.first) return p.second;
10831             int val = compute(x);
10832             cache->set(x, val);
10833             return val;
10834         }
10835         // ...
10836     private:
10837         unique_ptr<Cache> cache;
10838     };
10840 That solution is the most flexible, but requires explicit construction and destruction of `*cache`
10841 (most likely in the constructor and destructor of `X`).
10843 In any variant, we must guard against data races on the `cache` in multithreaded code, possibly using a `std::mutex`.
10845 ##### Enforcement
10847 Flag `const_cast`s.
10849 ### <a name="Res-range-checking"></a>ES.55: Avoid the need for range checking
10851 ##### Reason
10853 Constructs that cannot overflow do not overflow (and usually run faster):
10855 ##### Example
10857     for (auto& x : v)      // print all elements of v
10858         cout << x << '\n';
10860     auto p = find(v, x);   // find x in v
10862 ##### Enforcement
10864 Look for explicit range checks and heuristically suggest alternatives.
10866 ### <a name="Res-move"></a>ES.56: Write `std::move()` only when you need to explicitly move an object to another scope
10868 ##### Reason
10870 We move, rather than copy, to avoid duplication and for improved performance.
10872 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).
10874 ##### Notes
10876 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.
10878 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`.
10880 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.
10882 ##### Example, bad
10884     void sink(X&& x);   // sink takes ownership of x
10886     void user()
10887     {
10888         X x;
10889         // error: cannot bind an lvalue to a rvalue reference
10890         sink(x);
10891         // OK: sink takes the contents of x, x must now be assumed to be empty
10892         sink(std::move(x));
10894         // ...
10896         // probably a mistake
10897         use(x);
10898     }
10900 Usually, a `std::move()` is used as an argument to a `&&` parameter.
10901 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.
10903     void f() {
10904         string s1 = "supercalifragilisticexpialidocious";
10906         string s2 = s1;             // ok, takes a copy
10907         assert(s1 == "supercalifragilisticexpialidocious");  // ok
10909         // bad, if you want to keep using s1's value
10910         string s3 = move(s1);
10912         // bad, assert will likely fail, s1 likely changed
10913         assert(s1 == "supercalifragilisticexpialidocious");
10914     }
10916 ##### Example
10918     void sink(unique_ptr<widget> p);  // pass ownership of p to sink()
10920     void f() {
10921         auto w = make_unique<widget>();
10922         // ...
10923         sink(std::move(w));               // ok, give to sink()
10924         // ...
10925         sink(w);    // Error: unique_ptr is carefully designed so that you cannot copy it
10926     }
10928 ##### Notes
10930 `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.
10931 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.
10933 Never write `std::move()` just because you've heard "it's more efficient."
10934 In general, don't believe claims of "efficiency" without data (???).
10935 In general, don't complicate your code without reason (??)
10937 ##### Example, bad
10939     vector<int> make_vector() {
10940         vector<int> result;
10941         // ... load result with data
10942         return std::move(result);       // bad; just write "return result;"
10943     }
10945 Never write `return move(local_variable);`, because the language already knows the variable is a move candidate.
10946 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.
10949 ##### Example, bad
10951     vector<int> v = std::move(make_vector());   // bad; the std::move is entirely redundant
10953 Never write `move` on a returned value such as `x = move(f());` where `f` returns by value.
10954 The language already knows that a returned value is a temporary object that can be moved from.
10956 ##### Example
10958     void mover(X&& x) {
10959         call_something(std::move(x));         // ok
10960         call_something(std::forward<X>(x));   // bad, don't std::forward an rvalue reference
10961         call_something(x);                    // suspicious, why not std::move?
10962     }
10964     template<class T>
10965     void forwarder(T&& t) {
10966         call_something(std::move(t));         // bad, don't std::move a forwarding reference
10967         call_something(std::forward<T>(t));   // ok
10968         call_something(t);                    // suspicious, why not std::forward?
10969     }
10971 ##### Enforcement
10973 * 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.
10974 * Flag functions taking an `S&&` parameter if there is no `const S&` overload to take care of lvalues.
10975 * 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.
10976 * Flag when `std::move` is applied to a forwarding reference (`T&&` where `T` is a template parameter type). Use `std::forward` instead.
10977 * 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.)
10978 * Flag when `std::forward` is applied to an rvalue reference (`X&&` where `X` is a concrete type). Use `std::move` instead.
10979 * 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.)
10980 * 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.
10982 ### <a name="Res-new"></a>ES.60: Avoid `new` and `delete` outside resource management functions
10984 ##### Reason
10986 Direct resource management in application code is error-prone and tedious.
10988 ##### Note
10990 also known as "No naked `new`!"
10992 ##### Example, bad
10994     void f(int n)
10995     {
10996         auto p = new X[n];   // n default constructed Xs
10997         // ...
10998         delete[] p;
10999     }
11001 There can be code in the `...` part that causes the `delete` never to happen.
11003 **See also**: [R: Resource management](#S-resource).
11005 ##### Enforcement
11007 Flag naked `new`s and naked `delete`s.
11009 ### <a name="Res-del"></a>ES.61: Delete arrays using `delete[]` and non-arrays using `delete`
11011 ##### Reason
11013 That's what the language requires and mistakes can lead to resource release errors and/or memory corruption.
11015 ##### Example, bad
11017     void f(int n)
11018     {
11019         auto p = new X[n];   // n default constructed Xs
11020         // ...
11021         delete p;   // error: just delete the object p, rather than delete the array p[]
11022     }
11024 ##### Note
11026 This example not only violates the [no naked `new` rule](#Res-new) as in the previous example, it has many more problems.
11028 ##### Enforcement
11030 * if the `new` and the `delete` is in the same scope, mistakes can be flagged.
11031 * if the `new` and the `delete` are in a constructor/destructor pair, mistakes can be flagged.
11033 ### <a name="Res-arr2"></a>ES.62: Don't compare pointers into different arrays
11035 ##### Reason
11037 The result of doing so is undefined.
11039 ##### Example, bad
11041     void f(int n)
11042     {
11043         int a1[7];
11044         int a2[9];
11045         if (&a1[5] < &a2[7]) {}       // bad: undefined
11046         if (0 < &a1[5] - &a2[7]) {}   // bad: undefined
11047     }
11049 ##### Note
11051 This example has many more problems.
11053 ##### Enforcement
11057 ### <a name="Res-slice"></a>ES.63: Don't slice
11059 ##### Reason
11061 Slicing -- that is, copying only part of an object using assignment or initialization -- most often leads to errors because
11062 the object was meant to be considered as a whole.
11063 In the rare cases where the slicing was deliberate the code can be surprising.
11065 ##### Example
11067     class Shape { /* ... */ };
11068     class Circle : public Shape { /* ... */ Point c; int r; };
11070     Circle c {{0, 0}, 42};
11071     Shape s {c};    // copy Shape part of Circle
11073 The result will be meaningless because the center and radius will not be copied from `c` into `s`.
11074 The first defense against this is to [define the base class `Shape` not to allow this](#Rc-copy-virtual).
11076 ##### Alternative
11078 If you mean to slice, define an explicit operation to do so.
11079 This saves readers from confusion.
11080 For example:
11082     class Smiley : public Circle {
11083         public:
11084         Circle copy_circle();
11085         // ...
11086     };
11088     Smiley sm { /* ... */ };
11089     Circle c1 {sm};  // ideally prevented by the definition of Circle
11090     Circle c2 {sm.copy_circle()};
11092 ##### Enforcement
11094 Warn against slicing.
11096 ## <a name="SS-numbers"></a>Arithmetic
11098 ### <a name="Res-mix"></a>ES.100: Don't mix signed and unsigned arithmetic
11100 ##### Reason
11102 Avoid wrong results.
11104 ##### Example
11106     int x = -3;
11107     unsigned int y = 7;
11109     cout << x - y << '\n';  // unsigned result, possibly 4294967286
11110     cout << x + y << '\n';  // unsigned result: 4
11111     cout << x * y << '\n';  // unsigned result, possibly 4294967275
11113 It is harder to spot the problem in more realistic examples.
11115 ##### Note
11117 Unfortunately, C++ uses signed integers for array subscripts and the standard library uses unsigned integers for container subscripts.
11118 This precludes consistency.
11120 ##### Enforcement
11122 Compilers already know and sometimes warn.
11124 ### <a name="Res-unsigned"></a>ES.101: Use unsigned types for bit manipulation
11126 ##### Reason
11128 Unsigned types support bit manipulation without surprises from sign bits.
11130 ##### Example
11132     unsigned char x = 0b1010'1010;
11133     unsigned char y = ~x;   // y == 0b0101'0101;
11135 ##### Note
11137 Unsigned types can also be useful for modulo arithmetic.
11138 However, if you want modulo arithmetic add
11139 comments as necessary noting the reliance on wraparound behavior, as such code
11140 can be surprising for many programmers.
11142 ##### Enforcement
11144 * Just about impossible in general because of the use of unsigned subscripts in the standard library
11145 * ???
11147 ### <a name="Res-signed"></a>ES.102: Use signed types for arithmetic
11149 ##### Reason
11151 Because most arithmetic is assumed to be signed;
11152 `x-y` yields a negative number when `y>x` except in the rare cases where you really want modulo arithmetic.
11154 ##### Example
11156 Unsigned arithmetic can yield surprising results if you are not expecting it.
11157 This is even more true for mixed signed and unsigned arithmetic.
11159     template<typename T, typename T2>
11160     T subtract(T x, T2 y)
11161     {
11162         return x-y;
11163     }
11165     void test()
11166     {
11167         int s = 5;
11168         unsigned int us = 5;
11169         cout << subtract(s, 7) << '\n';     // -2
11170         cout << subtract(us, 7u) << '\n';   // 4294967294
11171         cout << subtract(s, 7u) << '\n';    // -2
11172         cout << subtract(us, 7) << '\n';    // 4294967294
11173         cout << subtract(s, us+2) << '\n';  // -2
11174         cout << subtract(us, s+2) << '\n';  // 4294967294
11175     }
11177 Here we have been very explicit about what's happening,
11178 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`?
11180 ##### Exception
11182 Use unsigned types if you really want modulo arithmetic - add
11183 comments as necessary noting the reliance on overflow behavior, as such code
11184 is going to be surprising for many programmers.
11186 ##### Example
11188 The standard library uses unsigned types for subscripts.
11189 The build-in array uses signed types for subscripts.
11190 This makes surprises (and bugs) inevitable.
11192     int a[10];
11193     for (int i=0; i < 10; ++i) a[i]=i;
11194     vector<int> v(10);
11195     // compares signed to unsigned; some compilers warn
11196     for (int i=0; v.size() < 10; ++i) v[i]=i;
11198     int a2[-2];         // error: negative size
11200     // OK, but the number of ints (4294967294) is so large that we should get an exception
11201     vector<int> v2(-2);
11203 ##### Enforcement
11205 * Flag mixed signed and unsigned arithmetic
11206 * Flag results of unsigned arithmetic assigned to or printed as signed.
11207 * Flag unsigned literals (e.g. `-2`) used as container subscripts.
11209 ### <a name="Res-overflow"></a>ES.103: Don't overflow
11211 ##### Reason
11213 Overflow usually makes your numeric algorithm meaningless.
11214 Incrementing a value beyond a maximum value can lead to memory corruption and undefined behavior.
11216 ##### Example, bad
11218     int a[10];
11219     a[10] = 7;   // bad
11221     int n = 0;
11222     while (n++ < 10)
11223         a[n - 1] = 9; // bad (twice)
11225 ##### Example, bad
11227     int n = numeric_limits<int>::max();
11228     int m = n + 1;   // bad
11230 ##### Example, bad
11232     int area(int h, int w) { return h * w; }
11234     auto a = area(10'000'000, 100'000'000);   // bad
11236 ##### Exception
11238 Use unsigned types if you really want modulo arithmetic.
11240 **Alternative**: For critical applications that can afford some overhead, use a range-checked integer and/or floating-point type.
11242 ##### Enforcement
11246 ### <a name="Res-underflow"></a>ES.104: Don't underflow
11248 ##### Reason
11250 Decrementing a value beyond a minimum value can lead to memory corruption and undefined behavior.
11252 ##### Example, bad
11254     int a[10];
11255     a[-2] = 7;   // bad
11257     int n = 101;
11258     while (n--)
11259         a[n - 1] = 9;   // bad (twice)
11261 ##### Exception
11263 Use unsigned types if you really want modulo arithmetic.
11265 ##### Enforcement
11269 ### <a name="Res-zero"></a>ES.105: Don't divide by zero
11271 ##### Reason
11273 The result is undefined and probably a crash.
11275 ##### Note
11277 This also applies to `%`.
11279 ##### Example; bad
11281     double divide(int a, int b) {
11282         // BAD, should be checked (e.g., in a precondition)
11283         return a / b;
11284     }
11286 ##### Example; good
11288     double divide(int a, int b) {
11289         // good, address via precondition (and replace with contracts once C++ gets them)
11290         Expects(b != 0);
11291         return a / b;
11292     }
11294     double divide(int a, int b) {
11295         // good, address via check
11296         return b ? a / b : quiet_NaN<double>();
11297     }
11299 **Alternative**: For critical applications that can afford some overhead, use a range-checked integer and/or floating-point type.
11301 ##### Enforcement
11303 * Flag division by an integral value that could be zero
11305 # <a name="S-performance"></a>Per: Performance
11307 ??? should this section be in the main guide???
11309 This section contains rules for people who need high performance or low-latency.
11310 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.
11311 The rules in this section are more restrictive and intrusive than what is needed for many (most) applications.
11312 Do not blindly try to follow them in general code: achieving the goals of low latency requires extra work.
11314 Performance rule summary:
11316 * [Per.1: Don't optimize without reason](#Rper-reason)
11317 * [Per.2: Don't optimize prematurely](#Rper-Knuth)
11318 * [Per.3: Don't optimize something that's not performance critical](#Rper-critical)
11319 * [Per.4: Don't assume that complicated code is necessarily faster than simple code](#Rper-simple)
11320 * [Per.5: Don't assume that low-level code is necessarily faster than high-level code](#Rper-low)
11321 * [Per.6: Don't make claims about performance without measurements](#Rper-measure)
11322 * [Per.7: Design to enable optimization](#Rper-efficiency)
11323 * [Per.10: Rely on the static type system](#Rper-type)
11324 * [Per.11: Move computation from run time to compile time](#Rper-Comp)
11325 * [Per.12: Eliminate redundant aliases](#Rper-alias)
11326 * [Per.13: Eliminate redundant indirections](#Rper-indirect)
11327 * [Per.14: Minimize the number of allocations and deallocations](#Rper-alloc)
11328 * [Per.15: Do not allocate on a critical branch](#Rper-alloc0)
11329 * [Per.16: Use compact data structures](#Rper-compact)
11330 * [Per.17: Declare the most used member of a time-critical struct first](#Rper-struct)
11331 * [Per.18: Space is time](#Rper-space)
11332 * [Per.19: Access memory predictably](#Rper-access)
11333 * [Per.30: Avoid context switches on the critical path](#Rper-context)
11335 ### <a name="Rper-reason"></a>Per.1: Don't optimize without reason
11337 ##### Reason
11339 If there is no need for optimization, the main result of the effort will be more errors and higher maintenance costs.
11341 ##### Note
11343 Some people optimize out of habit or because it's fun.
11347 ### <a name="Rper-Knuth"></a>Per.2: Don't optimize prematurely
11349 ##### Reason
11351 Elaborately optimized code is usually larger and harder to change than unoptimized code.
11355 ### <a name="Rper-critical"></a>Per.3: Don't optimize something that's not performance critical
11357 ##### Reason
11359 Optimizing a non-performance-critical part of a program has no effect on system performance.
11361 ##### Note
11363 If your program spends most of its time waiting for the web or for a human, optimization of in-memory computation is probably useless.
11365 Put another way: If your program spends 4% of its processing time doing
11366 computation A and 40% of its time doing computation B, a 50% improvement on A is
11367 only as impactful as a 5% improvement on B. (If you don't even know how much
11368 time is spent on A or B, see <a href="#Rper-reason">Per.1</a> and <a
11369 href="#Rper-Knuth">Per.2</a>.)
11371 ### <a name="Rper-simple"></a>Per.4: Don't assume that complicated code is necessarily faster than simple code
11373 ##### Reason
11375 Simple code can be very fast. Optimizers sometimes do marvels with simple code
11377 ##### Example, good
11379     // clear expression of intent, fast execution
11381     vector<uint8_t> v(100000);
11383     for (auto& c : v)
11384         c = ~c;
11386 ##### Example, bad
11388     // intended to be faster, but is actually slower
11390     vector<uint8_t> v(100000);
11392     for (size_t i = 0; i < v.size(); i += sizeof(uint64_t))
11393     {
11394         uint64_t& quad_word = *reinterpret_cast<uint64_t*>(&v[i]);
11395         quad_word = ~quad_word;
11396     }
11398 ##### Note
11404 ### <a name="Rper-low"></a>Per.5: Don't assume that low-level code is necessarily faster than high-level code
11406 ##### Reason
11408 Low-level code sometimes inhibits optimizations. Optimizers sometimes do marvels with high-level code.
11410 ##### Note
11416 ### <a name="Rper-measure"></a>Per.6: Don't make claims about performance without measurements
11418 ##### Reason
11420 The field of performance is littered with myth and bogus folklore.
11421 Modern hardware and optimizers defy naive assumptions; even experts are regularly surprised.
11423 ##### Note
11425 Getting good performance measurements can be hard and require specialized tools.
11427 ##### Note
11429 A few simple microbenchmarks using Unix `time` or the standard library `<chrono>` can help dispel the most obvious myths.
11430 If you can't measure your complete system accurately, at least try to measure a few of your key operations and algorithms.
11431 A profiler can help tell you which parts of your system are performance critical.
11432 Often, you will be surprised.
11436 ### <a name="Rper-efficiency"></a>Per.7: Design to enable optimization
11438 ##### Reason
11440 Because we often need to optimize the initial design.
11441 Because a design that ignore the possibility of later improvement is hard to change.
11443 ##### Example
11445 From the C (and C++) standard:
11447     void qsort (void* base, size_t num, size_t size, int (*compar)(const void*, const void*));
11449 When did you even want to sort memory?
11450 Really, we sort sequences of elements, typically stored in containers.
11451 A call to `qsort` throws away much useful information (e.g., the element type), forces the user to repeat information
11452 already known (e.g., the element size), and forces the user to write extra code (e.g., a function to compare `double`s).
11453 This implies added work for the programmer, is error prone, and deprives the compiler of information needed for optimization.
11455     double data[100];
11456     // ... fill a ...
11458     // 100 chunks of memory of sizeof(double) starting at
11459     // address data using the order defined by compare_doubles
11460     qsort(data, 100, sizeof(double), compare_doubles);
11462 From the point of view of interface design is that `qsort` throws away useful information.
11464 We can do better (in C++98)
11466     template<typename Iter>
11467         void sort(Iter b, Iter e);  // sort [b:e)
11469     sort(data, data + 100);
11471 Here, we use the compiler's knowledge about the size of the array, the type of elements, and how to compare `double`s.
11473 With C++11 plus [concepts](#???), we can do better still
11475     // Sortable specifies that c must be a
11476     // random-access sequence of elements comparable with <
11477     void sort(Sortable& c);
11479     sort(c);
11481 The key is to pass sufficient information for a good implementation to be chosen.
11482 In this, the `sort` interfaces shown here still have a weakness:
11483 They implicitly rely on the element type having less-than (`<`) defined.
11484 To complete the interface, we need a second version that accepts a comparison criteria:
11486     // compare elements of c using p
11487     void sort(Sortable& c, Predicate<Value_type<Sortable>> p);
11489 The standard-library specification of `sort` offers those two versions,
11490 but the semantics is expressed in English rather than code using concepts.
11492 ##### Note
11494 Premature optimization is said to be [the root of all evil](#Rper-Knuth), but that's not a reason to despise performance.
11495 It is never premature to consider what makes a design amenable to improvement, and improved performance is a commonly desired improvement.
11496 Aim to build a set of habits that by default results in efficient, maintainable, and optimizable code.
11497 In particular, when you write a function that is not a one-off implementation detail, consider
11499 * Information passing:
11500 Prefer clean [interfaces](#S-interfaces) carrying sufficient information for later improvement of implementation.
11501 Note that information flows into and out of an implementation through the interfaces we provide.
11502 * Compact data: By default, [use compact data](#Rper-compact), such as `std::vector` and [access it in a systematic fashion](#Rper-access).
11503 If you think you need a linked structure, try to craft the interface so that this structure isn't seen by users.
11504 * Function argument passing and return:
11505 Distinguish between mutable and non-mutable data.
11506 Don't impose a resource management burden on your users.
11507 Don't impose spurious run-time indirections on your users.
11508 Use [conventional ways](#Rf-conventional) of passing information through an interface;
11509 unconventional and/or "optimized" ways of passing data can seriously complicate later reimplementation.
11510 * Abstraction:
11511 Don't overgeneralize; a design that tries to cater for every possible use (and misuse) and defers every design decision for later
11512 (using compile-time or run-time indirections) is usually a complicated, bloated, hard-to-understand mess.
11513 Generalize from concrete examples, preserving performance as we generalize.
11514 Do not generalize based on mere speculation about future needs.
11515 The ideal is zero-overhead generalization.
11516 * Libraries:
11517 Use libraries with good interfaces.
11518 If no library is available build one yourself and imitate the interface style from a good library.
11519 The [standard library](#S-stdlib) is a good first place to look for inspiration.
11520 * Isolation:
11521 Isolate your code from messy and/or old style code by providing an interface of your choosing to it.
11522 This is sometimes called "providing a wrapper" for the useful/necessary but messy code.
11523 Don't let bad designs "bleed into" your code.
11525 ##### Example
11527 Consider:
11529     template <class ForwardIterator, class T>
11530     bool binary_search(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);
11532 `binary_search(begin(c), end(c), 7)` will tell you whether `7` is in `c` or not.
11533 However, it will not tell you where that `7` is or whether there are more than one `7`.
11535 Sometimes, just passing the minimal amount of information back (here, `true` or `false`) is sufficient, but a good interface passes
11536 needed information back to the caller. Therefore, the standard library also offers
11538     template <class ForwardIterator, class T>
11539     ForwardIterator lower_bound(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);
11541 `lower_bound` returns an iterator to the first match if any, otherwise `last`.
11543 However, `lower_bound` still doesn't return enough information for all uses, so the standard library also offers
11545     template <class ForwardIterator, class T>
11546     pair<ForwardIterator, ForwardIterator>
11547     equal_range(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);
11549 `equal_range` returns a `pair` of iterators specifying the first and one beyond last match.
11551     auto r = equal_range(begin(c), end(c), 7);
11552     for (auto p = r.first(); p != r.second(), ++p)
11553         cout << *p << '\n';
11555 Obviously, these three interfaces are implemented by the same basic code.
11556 They are simply three ways of presenting the basic binary search algorithm to users,
11557 ranging from the simplest ("make simple things simple!")
11558 to returning complete, but not always needed, information ("don't hide useful information").
11559 Naturally, crafting such a set of interfaces requires experience and domain knowledge.
11561 ##### Note
11563 Do not simply craft the interface to match the first implementation and the first use case you think of.
11564 Once your first initial implementation is complete, review it; once you deploy it, mistakes will be hard to remedy.
11566 ##### Note
11568 A need for efficiency does not imply a need for [low-level code](#Rper-low).
11569 High-level code does not imply slow or bloated.
11571 ##### Note
11573 Things have costs.
11574 Don't be paranoid about costs (modern computers really are very fast),
11575 but have a rough idea of the order of magnitude of cost of what you use.
11576 For example, have a rough idea of the cost of
11577 a memory access,
11578 a function call,
11579 a string comparison,
11580 a system call,
11581 a disk access,
11582 and a message through a network.
11584 ##### Note
11586 If you can only think of one implementation, you probably don't have something for which you can devise a stable interface.
11587 Maybe, it is just an implementation detail - not every piece of code needs a stable interface - but pause and consider.
11588 One question that can be useful is
11589 "what interface would be needed if this operation should be implemented using multiple threads? be vectorized?"
11591 ##### Note
11593 This rule does not contradict the [Don't optimize prematurely](#Rper-Knuth) rule.
11594 It complements it encouraging developers enable later - appropriate and non-premature - optimization, if and where needed.
11596 ##### Enforcement
11598 Tricky.
11599 Maybe looking for `void*` function arguments will find examples of interfaces that hinder later optimization.
11601 ### <a name="Rper-type"></a>Per.10: Rely on the static type system
11603 ##### Reason
11605 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.
11609 ### <a name="Rper-Comp"></a>Per.11: Move computation from run time to compile time
11613 ### <a name="Rper-alias"></a>Per.12: Eliminate redundant aliases
11617 ### <a name="Rper-indirect"></a>Per.13: Eliminate redundant indirections
11621 ### <a name="Rper-alloc"></a>Per.14: Minimize the number of allocations and deallocations
11625 ### <a name="Rper-alloc0"></a>Per.15: Do not allocate on a critical branch
11629 ### <a name="Rper-compact"></a>Per.16: Use compact data structures
11631 ##### Reason
11633 Performance is typically dominated by memory access times.
11637 ### <a name="Rper-struct"></a>Per.17: Declare the most used member of a time-critical struct first
11641 ### <a name="Rper-space"></a>Per.18: Space is time
11643 ##### Reason
11645 Performance is typically dominated by memory access times.
11649 ### <a name="Rper-access"></a>Per.19: Access memory predictably
11651 ##### Reason
11653 Performance is very sensitive to cache performance and cache algorithms favor simple (usually linear) access to adjacent data.
11655 ##### Example
11657     int matrix[rows][cols];
11659     // bad
11660     for (int c = 0; c < cols; ++c)
11661         for (int r = 0; r < rows; ++r)
11662             sum += matrix[r][c];
11664     // good
11665     for (int r = 0; r < rows; ++r)
11666         for (int c = 0; c < cols; ++c)
11667             sum += matrix[r][c];
11669 ### <a name="Rper-context"></a>Per.30: Avoid context switches on the critical path
11673 # <a name="S-concurrency"></a>CP: Concurrency and Parallelism
11675 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).
11676 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)
11677 and so does the basic facilities for expressing concurrency and parallelism.
11678 Here, we articulate a few general principles and rules for using the ISO standard C++ facilities for expressing basic concurrency and parallelism.
11680 The core machine support for concurrent and parallel programming is the thread.
11681 Threads allow you to run multiple instances of your program independently, while sharing
11682 the same memory. Concurrent programming is tricky for many reasons, most
11683 importantly that it is undefined behavior to read data in one thread after it
11684 was written by another thread, if there is no proper synchronization between
11685 those threads. Making existing single-threaded code execute concurrently can be
11686 as trivial as adding `std::async` or `std::thread` strategically, or it can
11687 necessitate a full rewrite, depending on whether the original code was written
11688 in a thread-friendly way.
11690 The concurrency/parallelism rules in this document are designed with three goals
11691 in mind:
11693 * To help you write code that is amenable to being used in a threaded
11694   environment
11695 * To show clean, safe ways to use the threading primitives offered by the
11696   standard library
11697 * To offer guidance on what to do when concurrency and parallelism aren't giving
11698   you the performance gains you need
11700 It is also important to note that concurrency in C++ is an unfinished
11701 story. C++11 introduced many core concurrency primitives, C++14 improved on
11702 them, and it seems that there is much interest in making the writing of
11703 concurrent programs in C++ even easier. We expect some of the library-related
11704 guidance here to change significantly over time.
11706 This section needs a lot of work (obviously).
11707 Please note that we start with rules for relative non-experts.
11708 Real experts must wait a bit;
11709 contributions are welcome,
11710 but please think about the majority of programmers who are struggling to get their concurrent programs correct and performant.
11712 Concurrency and parallelism rule summary:
11714 * [CP.1: Assume that your code will run as part of a multi-threaded program](#Rconc-multi)
11715 * [CP.2: Avoid data races](#Rconc-races)
11716 * [CP.3: Minimize explicit sharing of writable data](#Rconc-data)
11717 * [CP.4: Think in terms of tasks, rather than threads](#Rconc-task)
11718 * [CP.8: Don't try to use `volatile` for synchronization](#Rconc-volatile)
11719 * [CP.9: Whenever feasible use tools to validate your concurrent code](#Rconc-tools)
11721 See also:
11723 * [CP.con: Concurrency](#SScp-con)
11724 * [CP.par: Parallelism](#SScp-par)
11725 * [CP.mess: Message passing](#SScp-mess)
11726 * [CP.vec: Vectorization](#SScp-vec)
11727 * [CP.free: Lock-free programming](#SScp-free)
11728 * [CP.etc: Etc. concurrency rules](#SScp-etc)
11730 ### <a name="Rconc-multi"></a>CP.1: Assume that your code will run as part of a multi-threaded program
11732 ##### Reason
11734 It is hard to be certain that concurrency isn't used now or will be sometime in the future.
11735 Code gets re-used.
11736 Libraries using threads may be used from some other part of the program.
11737 Note that this applies most urgently to library code and least urgently to stand-alone applications.
11738 However, thanks to the magic of cut-and-paste, code fragments can turn up in unexpected places.
11740 ##### Example
11742     double cached_computation(double x)
11743     {
11744         static double cached_x = 0.0;
11745         static double cached_result = COMPUTATION_OF_ZERO;
11746         double result;
11748         if (cached_x == x)
11749             return cached_result;
11750         result = computation(x);
11751         cached_x = x;
11752         cached_result = result;
11753         return result;
11754     }
11756 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.
11758 There are several ways that this example could be made safe for a multi-threaded environment:
11760 * Delegate concurrency concerns upwards to the caller.
11761 * Mark the `static` variables as `thread_local` (which might make caching less effective).
11762 * Implement concurrency control, for example, protecting the two `static` variables with a `static` lock (which might reduce performance).
11763 * Have the caller provide the memory to be used for the cache, thereby delegating both memory allocation and concurrency concerns upwards to the caller.
11764 * Refuse to build and/or run in a multi-threaded environment.
11765 * Provide two implementations, one which is used in single-threaded environments and another which is used in multi-threaded environments.
11767 ##### Exception
11769 Code that is never run in a multi-threaded environment.
11771 Be careful: there are many examples where code that was "known" to never run in a multi-threaded program
11772 was run as part of a multi-threaded program. Often years later.
11773 Typically, such programs lead to a painful effort to remove data races.
11774 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.
11776 ### <a name="Rconc-races"></a>CP.2: Avoid data races
11778 ##### Reason
11780 Unless you do, nothing is guaranteed to work and subtle errors will persist.
11782 ##### Note
11784 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.
11785 For further information of how to use synchronization well to eliminate data races, please consult a good book about concurrency.
11787 ##### Example, bad
11789 There are many examples of data races that exist, some of which are running in
11790 production software at this very moment. One very simple example:
11792     int get_id() {
11793       static int id = 1;
11794       return id++;
11795     }
11797 The increment here is an example of a data race. This can go wrong in many ways,
11798 including:
11800 * Thread A loads the value of `id`, the OS context switches A out for some
11801   period, during which other threads create hundreds of IDs. Thread A is then
11802   allowed to run again, and `id` is written back to that location as A's read of
11803   `id` plus one.
11804 * Thread A and B load `id` and increment it simultaneously.  They both get the
11805   same ID.
11807 Local static variables are a common source of data races.
11809 ##### Example, bad:
11811     void f(fstream&  fs, regex pat)
11812     {
11813         array<double, max> buf;
11814         int sz = read_vec(fs, buf, max);            // read from fs into buf
11815         gsl::span<double> s {buf};
11816         // ...
11817         auto h1 = async([&]{ sort(par, s); });     // spawn a task to sort
11818         // ...
11819         auto h2 = async([&]{ return find_all(buf, sz, pat); });   // span a task to find matches
11820         // ...
11821     }
11823 Here, we have a (nasty) data race on the elements of `buf` (`sort` will both read and write).
11824 All data races are nasty.
11825 Here, we managed to get a data race on data on the stack.
11826 Not all data races are as easy to spot as this one.
11828 ##### Example, bad:
11830     // code not controlled by a lock
11832     unsigned val;
11834     if (val < 5) {
11835         // ... other thread can change val here ...
11836         switch (val) {
11837         case 0: // ...
11838         case 1: // ...
11839         case 2: // ...
11840         case 3: // ...
11841         case 4: // ...
11842         }
11843     }
11845 Now, a compiler that does not know that `val` can change will  most likely implement that `switch` using a jump table with five entries.
11846 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.
11847 Really, "all bets are off" if you get a data race.
11848 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;
11849 this can be a security risk.
11851 ##### Enforcement
11853 Some is possible, do at least something.
11854 There are commercial and open-source tools that try to address this problem,
11855 but be aware that solutions have costs and blind spots.
11856 Static tools often have many false positives and run-time tools often have a significant cost.
11857 We hope for better tools.
11858 Using multiple tools can catch more problems than a single one.
11860 There are other ways you can mitigate the chance of data races:
11862 * Avoid global data
11863 * Avoid `static` variables
11864 * More use of value types on the stack (and don't pass pointers around too much)
11865 * More use of immutable data (literals, `constexpr`, and `const`)
11867 ### <a name="Rconc-data"></a>CP.3: Minimize explicit sharing of writable data
11869 ##### Reason
11871 If you don't share writable data, you can't have a data race.
11872 The less sharing you do, the less chance you have to forget to synchronize access (and get data races).
11873 The less sharing you do, the less chance you have to wait on a lock (so performance can improve).
11875 ##### Example
11877     bool validate(const vector<Reading>&);
11878     Graph<Temp_node> temperature_gradiants(const vector<Reading>&);
11879     Image altitude_map(const vector<Reading>&);
11880     // ...
11882     void process_readings(istream& socket1)
11883     {
11884         vector<Reading> surface_readings;
11885         socket1 >> surface_readings;
11886         if (!socket1) throw Bad_input{};
11888         auto h1 = async([&] { if (!validate(surface_readings) throw Invalide_data{}; });
11889         auto h2 = async([&] { return temperature_gradiants(surface_readings); });
11890         auto h3 = async([&] { return altitude_map(surface_readings); });
11891         // ...
11892         auto v1 = h1.get();
11893         auto v2 = h2.get();
11894         auto v3 = h3.get();
11895         // ...
11896     }
11898 Without those `const`s, we would have to review every asynchronously invoked function for potential data races on `surface_readings`.
11900 ##### Note
11902 Immutable data can be safely and efficiently shared.
11903 No locking is needed: You can't have a data race on a constant.
11905 ##### Enforcement
11910 ### <a name="Rconc-task"></a>CP.4: Think in terms of tasks, rather than threads
11912 ##### Reason
11914 A `thread` is an implementation concept, a way of thinking about the machine.
11915 A task is an application notion, something you'd like to do, preferably concurrently with other tasks.
11916 Application concepts are easier to reason about.
11918 ##### Example
11920     ???
11922 ##### Note
11924 With the exception of `async()`, the standard-library facilities are low-level, machine-oriented, threads-and-lock level.
11925 This is a necessary foundation, but we have to try to raise the level of abstraction: for productivity, for reliability, and for performance.
11926 This is a potent argument for using higher level, more applications-oriented libraries (if possibly, built on top of standard-library facilities).
11928 ##### Enforcement
11932 ### <a name="Rconc-volatile"></a>CP.8: Don't try to use `volatile` for synchronization
11934 ##### Reason
11936 In C++, unlike some other languages, `volatile` does not provide atomicity, does not synchronize between threads,
11937 and does not prevent instruction reordering (neither compiler nor hardware).
11938 It simply has nothing to do with concurrency.
11940 ##### Example, bad:
11942     int free_slots = max_slots; // current source of memory for objects
11944     Pool* use()
11945     {
11946         if (int n = free_slots--) return &pool[n];
11947     }
11949 Here we have a problem:
11950 This is perfectly good code in a single-threaded program, but have two treads execute this and
11951 there is a race condition on `free_slots` so that two threads might get the same value and `free_slots`.
11952 That's (obviously) a bad data race, so people trained in other languages may try to fix it like this:
11954     volatile int free_slots = max_slots; // current source of memory for objects
11956     Pool* use()
11957     {
11958         if (int n = free_slots--) return &pool[n];
11959     }
11961 This has no effect on synchronization: The data race is still there!
11963 The C++ mechanism for this is `atomic` types:
11965     atomic<int> free_slots = max_slots; // current source of memory for objects
11967     Pool* use()
11968     {
11969         if (int n = free_slots--) return &pool[n];
11970     }
11972 Now the `--` operation is atomic,
11973 rather than a read-increment-write sequence where another thread might get in-between the individual operations.
11975 ##### Alternative
11977 Use `atomic` types where you might have used `volatile` in some other language.
11978 Use a `mutex` for more complicated examples.
11980 ##### See also
11982 [(rare) proper uses of `volatile`](#Rconc-volatile2)
11984 ### <a name="Rconc-tools"></a>CP.9: Whenever feasible use tools to validate your concurrent code
11986 Experience shows that concurrent code is exceptionally hard to get right
11987 and that compile-time checking, run-time checks, and testing are less effective at finding concurrency errors
11988 than they are at finding errors in sequential code.
11989 Subtle concurrency errors can have dramatically bad effects, including memory corruption and deadlocks.
11991 ##### Example
11993     ???
11995 ##### Note
11997 Thread safety is challenging, often getting the better of experienced programmers: tooling is an important strategy to mitigate those risks.
11998 There are many tools "out there", both commercial and open-source tools, both research and production tools.
11999 Unfortunately people's needs and constraints differ so dramatically that we cannot make specific recommendations,
12000 but we can mention:
12002 * Static enforcement tools: both [clang](http://clang.llvm.org/docs/ThreadSafetyAnalysis.html)
12003 and some older versions of [GCC](https://gcc.gnu.org/wiki/ThreadSafetyAnnotation)
12004 have some support for static annotation of thread safety properties.
12005 Consistent use of this technique turns many classes of thread-safety errors into compile-time errors.
12006 The annotations are generally local (marking a particular member variable as guarded by a particular mutex),
12007 and are usually easy to learn. However, as with many static tools, it can often present false negatives;
12008 cases that should have been caught but were allowed.
12010 * dynamic enforcement tools: Clang's [Thread Sanitizer](http://clang.llvm.org/docs/ThreadSanitizer.html) (aka TSAN)
12011 is a powerful example of dynamic tools: it changes the build and execution of your program to add bookkeeping on memory access,
12012 absolutely identifying data races in a given execution of your binary.
12013 The cost for this is both memory (5-10x in most cases) and CPU slowdown (2-20x).
12014 Dynamic tools like this are best when applied to integration tests, canary pushes, or unittests that operate on multiple threads.
12015 Workload matters: When TSAN identifies a problem, it is effectively always an actual data race,
12016 but it can only identify races seen in a given execution.
12018 ##### Enforcement
12020 It is up to an application builder to choose which support tools are valuable for a particular applications.
12022 ## <a name="SScp-con"></a>CP.con: Concurrency
12024 This section focuses on relatively ad-hoc uses of multiple threads communicating through shared data.
12026 * For parallel algorithms, see [parallelism](#SScp-par)
12027 * For inter-task communication without explicit sharing, see [messaging](#SScp-mess)
12028 * For vector parallel code, see [vectorization](#SScp-vec)
12029 * For lock-free programming, see [lock free](#SScp-free)
12031 Concurrency rule summary:
12033 * [CP.20: Use RAII, never plain `lock()`/`unlock()`](#Rconc-raii)
12034 * [CP.21: Use `std::lock()` to acquire multiple `mutex`es](#Rconc-lock)
12035 * [CP.22: Never call unknown code while holding a lock (e.g., a callback)](#Rconc-unknown)
12036 * [CP.23: Think of a joining `thread` as a scoped container](#Rconc-join)
12037 * [CP.24: Think of a detached `thread` as a global container](#Rconc-detach)
12038 * [CP.25: Prefer `gsl::raii_thread` over `std::thread` unless you plan to `detach()`](#Rconc-raii_thread)
12039 * [CP.26: Prefer `gsl::detached_thread` over `std::thread` if you plan to `detach()`](#Rconc-detached_thread)
12040 * [CP.27: Use plain `std::thread` for `thread`s that detach based on a run-time condition (only)](#Rconc-thread)
12041 * [CP.28: Remember to join scoped `thread`s that are not `detach()`ed](#Rconc-join-undetached)
12042 * [CP.30: Do not pass pointers to local variables to non-`raii_thread`s](#Rconc-pass)
12043 * [CP.31: Pass small amounts of data between threads by value, rather than by reference or pointer](#Rconc-data-by-value)
12044 * [CP.32: To share ownership between unrelated `thread`s use `shared_ptr`](#Rconc-shared)
12045 * [CP.40: Minimize context switching](#Rconc-switch)
12046 * [CP.41: Minimize thread creation and destruction](#Rconc-create)
12047 * [CP.42: Don't `wait` without a condition](#Rconc-wait)
12048 * [CP.43: Minimize time spent in a critical section](#Rconc-time)
12049 * [CP.44: Remember to name your `lock_guard`s and `unique_lock`s](#Rconc-name)
12050 * [CP.50: Define a `mutex` together with the data it protects](#Rconc-mutex)
12051 * ??? when to use a spinlock
12052 * ??? when to use `try_lock()`
12053 * ??? when to prefer `lock_guard` over `unique_lock`
12054 * ??? Time multiplexing
12055 * ??? when/how to use `new thread`
12057 ### <a name="Rconc-raii"></a>CP.20: Use RAII, never plain `lock()`/`unlock()`
12059 ##### Reason
12061 Avoids nasty errors from unreleased locks.
12063 ##### Example, bad
12065     mutex mtx;
12067     void do_stuff()
12068     {
12069         mtx.lock();
12070         // ... do stuff ...
12071         mtx.unlock();
12072     }
12074 Sooner or later, someone will forget the `mtx.unlock()`, place a `return` in the `... do stuff ...`, throw an exception, or something.
12076     mutex mtx;
12078     void do_stuff()
12079     {
12080         unique_lock<mutex> lck {mtx};
12081         // ... do stuff ...
12082     }
12084 ##### Enforcement
12086 Flag calls of member `lock()` and `unlock()`.  ???
12089 ### <a name="Rconc-lock"></a>CP.21: Use `std::lock()` to acquire multiple `mutex`es
12091 ##### Reason
12093 To avoid deadlocks on multiple `mutex`s
12095 ##### Example
12097 This is asking for deadlock:
12099     // thread 1
12100     lock_guard<mutex> lck1(m1);
12101     lock_guard<mutex> lck2(m2);
12103     // thread 2
12104     lock_guard<mutex> lck2(m2);
12105     lock_guard<mutex> lck1(m1);
12107 Instead, use `lock()`:
12109     // thread 1
12110     lock_guard<mutex> lck1(m1, defer_lock);
12111     lock_guard<mutex> lck2(m2, defer_lock);
12112     lock(lck1, lck2);
12114     // thread 2
12115     lock_guard<mutex> lck2(m2, defer_lock);
12116     lock_guard<mutex> lck1(m1, defer_lock);
12117     lock(lck2, lck1);
12119 Here, the writers of `thread1` and `thread2` are still not agreeing on the order of the `mutex`es, but order no longer matters.
12121 ##### Note
12123 In real code, `mutex`es are rarely named to conveniently remind the programmer of an intended relation and intended order of acquisition.
12124 In real code, `mutex`es are not always conveniently acquired on consecutive lines.
12126 I'm really looking forward to be able to write plain
12128     lock_guard lck1(m1, defer_lock);
12130 and have the `mutex` type deduced.
12132 ##### Enforcement
12134 Detect the acquisition of multiple `mutex`es.
12135 This is undecidable in general, but catching common simple examples (like the one above) is easy.
12138 ### <a name="Rconc-unknown"></a>CP.22: Never call unknown code while holding a lock (e.g., a callback)
12140 ##### Reason
12142 If you don't know what a piece of code does, you are risking deadlock.
12144 ##### Example
12146     void do_this(Foo* p)
12147     {
12148         lock_guard<mutex> lck {my_mutex};
12149         // ... do something ...
12150         p->act(my_data);
12151         // ...
12152     }
12154 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),
12155 it may call `do_this` (recursively) and cause a deadlock on `my_mutex`.
12156 Maybe it will lock on a different mutex and not return in a reasonable time, causing delays to any code calling `do_this`.
12158 ##### Example
12160 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.
12161 Such problem can often be solved by using a `recursive_mutex`. For example:
12163     recursive_mutex my_mutex;
12165     template<typename Action>
12166     void do_something(Action f)
12167     {
12168         unique_lock<recursive_mutex> lck {my_mutex};
12169         // ... do something ...
12170         f(this);    // f will do something to *this
12171         // ...
12172     }
12174 If, as it is likely, `f()` invokes operations on `*this`, we must make sure that the object's invariant holds before the call.
12176 ##### Enforcement
12178 * Flag calling a virtual function with a non-recursive `mutex` held
12179 * Flag calling a callback with a non-recursive `mutex` held
12182 ### <a name="Rconc-join"></a>CP.23: Think of a joining `thread` as a scoped container
12184 ##### Reason
12186 To maintain pointer safety and avoid leaks, we need to consider what pointers are used by a `thread`.
12187 If a `thread` joins, we can safely pass pointers to objects in the scope of the `thread` and its enclosing scopes.
12189 ##### Example
12191     void f(int * p)
12192     {
12193         // ...
12194         *p = 99;
12195         // ...
12196     }
12197     int glob = 33;
12199     void some_fct(int* p)
12200     {
12201         int x = 77;
12202         raii_thread t0(f, &x);           // OK
12203         raii_thread t1(f, p);            // OK
12204         raii_thread t2(f, &glob);        // OK
12205         auto q = make_unique<int>(99);
12206         raii_thread t3(f, q.get());      // OK
12207         // ...
12208     }
12210 An `raii_thread` is a `std::thread` with a destructor that joined and cannot be `detached()`.
12211 By "OK" we mean that the object will be in scope ("live") for as long as a `thread` can use the pointer to it.
12212 The fact that `thread`s run concurrently doesn't affect the lifetime or ownership issues here;
12213 these `thread`s can be seen as just a function object called from `some_fct`.
12215 ##### Enforcement
12217 Ensure that `raii_thread`s don't `detach()`.
12218 After that, the usual lifetime and ownership (for local objects) enforcement applies.
12221 ### <a name="Rconc-detach"></a>CP.24: Think of a detached `thread` as a global container
12223 ##### Reason
12225 To maintain pointer safety and avoid leaks, we need to consider what pointers are used by a `thread`.
12226 If a `thread` is detached, we can safely pass pointers to static and free store objects (only).
12228 ##### Example
12230     void f(int * p)
12231     {
12232         // ...
12233         *p = 99;
12234         // ...
12235     }
12237     int glob = 33;
12239     void some_fct(int* p)
12240     {
12241         int x = 77;
12242         std::thread t0(f, &x);           // bad
12243         std::thread t1(f, p);            // bad
12244         std::thread t2(f, &glob);        // OK
12245         auto q = make_unique<int>(99);
12246         std::thread t3(f, q.get());      // bad
12247         // ...
12248         t0.detach();
12249         t1.detach();
12250         t2.detach();
12251         t3.detach();
12252         // ...
12253     }
12255 By "OK" we mean that the object will be in scope ("live") for as long as a `thread` can use the pointers to it.
12256 By "bad" we mean that a `thread` may use a pointer after the pointed-to object is destroyed.
12257 The fact that `thread`s run concurrently doesn't affect the lifetime or ownership issues here;
12258 these `thread`s can be seen as just a function object called from `some_fct`.
12260 ##### Enforcement
12262 In general, it is undecidable whether a `detach()` is executed for a `thread`, but simple common cases are easily detected.
12263 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;
12264 After that, the usual lifetime and ownership (for global objects) enforcement applies.
12267 ### <a name="Rconc-raii_thread"></a>CP.25: Prefer `gsl::raii_thread` over `std::thread` unless you plan to `detach()`
12269 ##### Reason
12271 An `raii_thread` is a thread that joins at the end of its scope.
12273 Detached threads are hard to monitor.
12275 ??? Place all "immortal threads" on the free store rather than `detach()`?
12277 ##### Example
12279     ???
12281 ##### Enforcement
12285 ### <a name="Rconc-detached_thread"></a>CP.26: Prefer `gsl::detached_thread` over `std::thread` if you plan to `detach()`
12287 ##### Reason
12289 Often, the need to `detach` is inherent in the `thread`s task.
12290 Documenting that aids comprehension and helps static analysis.
12292 ##### Example
12294     void heartbeat();
12296     void use()
12297     {
12298         gsl::detached_thread t1(heartbeat);    // obviously need not be joined
12299         std::thread t2(heartbeat);             // do we need to join? (read the code for heartbeat())
12300         // ...
12301     }
12303 Flag unconditional `detach` on a plain `thread`
12306 ### <a name="Rconc-thread"></a>CP.27: Use plain `std::thread` for `thread`s that detach based on a run-time condition (only)
12308 ##### Reason
12310 `thread`s that are supposed to unconditionally `join` or unconditionally `detach` can be clearly identified as such.
12311 The plain `thread`s should be assumed to use the full generality of `std::thread`.
12313 ##### Example
12315     void tricky(thread* t, int n)
12316     {
12317         // ...
12318         if (is_odd(n))
12319             t->detach();
12320         // ...
12321     }
12323     void use(int n)
12324     {
12325         thread t { tricky, this, n };
12326         // ...
12327         // ... should I join here? ...
12328     }
12330 ##### Enforcement
12336 ### <a name="Rconc-join-undetached"></a>CP.28: Remember to join scoped `thread`s that are not `detach()`ed
12338 ##### Reason
12340 A `thread` that has not been `detach()`ed when it is destroyed terminates the program.
12342 ##### Example, bad
12344     void f() { std::cout << "Hello "; }
12346     struct F {
12347         void operator()() { std::cout << "parallel world "; }
12348     };
12350     int main()
12351     {
12352         std::thread t1{f};      // f() executes in separate thread
12353         std::thread t2{F()};    // F()() executes in separate thread
12354     }  // spot the bugs
12356 ##### Example
12358     void f() { std::cout << "Hello "; }
12360     struct F {
12361         void operator()() { std::cout << "parallel world "; }
12362     };
12364     int main()
12365     {
12366         std::thread t1{f};      // f() executes in separate thread
12367         std::thread t2{F()};    // F()() executes in separate thread
12369         t1.join();
12370         t2.join();
12371     }  // one bad bug left
12373 ??? Is `cout` synchronized?
12375 ##### Enforcement
12377 * Flag `join`s for `raii_thread`s ???
12378 * Flag `detach`s for `detached_thread`s
12381 ### <a name="RRconc-pass"></a>CP.30: Do not pass pointers to local variables to non-`raii_thread`s
12383 ##### Reason
12385 In general, you cannot know whether a non-`raii_thread` will outlive the scope of the variables, so that those pointers will become invalid.
12387 ##### Example, bad
12389     void use()
12390     {
12391         int x = 7;
12392         thread t0 { f, ref(x) };
12393         // ...
12394         t0.detach();
12395     }
12397 The `detach` may not be so easy to spot.
12398 Use a `raii_thread` or don't pass the pointer.
12400 ##### Example, bad
12402     ??? put pointer to a local on a queue that is read by a longer-lived thread ???
12404 ##### Enforcement
12406 Flag pointers to locals passed in the constructor of a plain `thread`.
12409 ### <a name="Rconc-data-by-value"></a>CP.31: Pass small amounts of data between threads by value, rather than by reference or pointer
12411 ##### Reason
12413 Copying a small amount of data is cheaper to copy and access than to share it using some locking mechanism.
12414 Copying naturally gives unique ownership (simplifies code) and eliminates the possibility of data races.
12416 ##### Note
12418 Defining "small amount" precisely is impossible.
12420 ##### Example
12422     string modify1(string);
12423     void modify2(shared_ptr<string>);
12425     void fct(string& s)
12426     {
12427         auto res = async(modify1, s);
12428         async(modify2, &s);
12429     }
12431 The call of `modify1` involves copying two `string` values; the call of `modify2` does not.
12432 On the other hand, the implementation of `modify1` is exactly as we would have written it for single-threaded code,
12433 whereas the implementation of `modify2` will need some form of locking to avoid data races.
12434 If the string is short (say 10 characters), the call of `modify1` can be surprisingly fast;
12435 essentially all the cost is in the `thread` switch. If the string is long (say 1,000,000 characters), copying it twice
12436 is probably not a good idea.
12438 Note that this argument has nothing to do with `sync` as such. It applies equally to considerations about whether to use
12439 message passing or shared memory.
12441 ##### Enforcement
12446 ### <a name="Rconc-shared"></a>[CP.32: To share ownership between unrelated `thread`s use `shared_ptr`
12448 ##### Reason
12450 If threads are unrelated (that is, not known to be in the same scope or one within the lifetime of the other)
12451 and they need to share free store memory that needs to be deleted, a `shared_ptr` (or equivalent) is the only
12452 safe way to ensure proper deletion.
12454 ##### Example
12456     ???
12458 ##### Note
12460 * 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.
12461 * An object on free store that is never to be deleted can be shared.
12462 * An object owned by one thread can be safely shared with another as long as that second thread doesn't outlive the owner.
12464 ##### Enforcement
12469 ### <a name="Rconc-switch"></a>CP.40: Minimize context switching
12471 ##### Reason
12473 Context switches are expensive.
12475 ##### Example
12477     ???
12479 ##### Enforcement
12484 ### <a name="Rconc-create"></a>CP.41: Minimize thread creation and destruction
12486 ##### Reason
12488 Thread creation is expensive.
12490 ##### Example
12492     void worker(Message m)
12493     {
12494         // process
12495     }
12497     void master(istream& is)
12498     {
12499         for (Message m; is >> m; )
12500             run_list.push_back(new thread(worker, m));
12501     }
12503 This spawns a `thread` per message, and the `run_list` is presumably managed to destroy those tasks once they are finished.
12505 Instead, we could have a set of pre-created worker threads processing the messages
12507     Sync_queue<Message> work;
12509     void master(istream& is)
12510     {
12511         for (Message m; is >> m; )
12512             work.put(m);
12513     }
12515     void worker()
12516     {
12517         for (Message m; m = work.get(); ) {
12518             // process
12519         }
12520     }
12522     void workers()  // set up worker threads (specifically 4 worker threads)
12523     {
12524         raii_thread w1 {worker};
12525         raii_thread w2 {worker};
12526         raii_thread w3 {worker};
12527         raii_thread w4 {worker};
12528     }
12530 ##### Note
12532 If your system has a good thread pool, use it.
12533 If your system has a good message queue, use it.
12535 ##### Enforcement
12540 ### <a name="Rconc-wait"></a>CP.42: Don't `wait` without a condition
12542 ##### Reason
12544 A `wait` without a condition can miss a wakeup or wake up simply to find that there is no work to do.
12546 ##### Example, bad
12548     std::condition_variable cv;
12549     std::mutex mx;
12551     void thread1()
12552     {
12553         while (true) {
12554             // do some work ...
12555             std::unique_lock<std::mutex> lock(mx);
12556             cv.notify_one();    // wake other thread
12557         }
12558     }
12560     void thread2()
12561     {
12562         while (true) {
12563             std::unique_lock<std::mutex> lock(mx);
12564             cv.wait(lock);    // might block forever
12565             // do work ...
12566         }
12567     }
12569 Here, if some other `thread` consumes `thread1`'s notification, `thread2` can wait forever.
12571 ##### Example
12573     template<typename T>
12574     class Sync_queue {
12575     public:
12576         void put(const T& val);
12577         void put(T&& val);
12578         void get(T& val);
12579     private:
12580         mutex mtx;
12581         condition_variable cond;    // this controls access
12582         list<T> q;
12583     };
12585     template<typename T>
12586     void Sync_queue<T>::put(const T& val)
12587     {
12588         lock_guard<mutex> lck(mtx);
12589         q.push_back(val);
12590         cond.notify_one();
12591     }
12593     template<typename T>
12594     void Sync_queue<T>::get(T& val)
12595     {
12596         unique_lock<mutex> lck(mtx);
12597         cond.wait(lck, [this]{ return !q.empty(); });    // prevent spurious wakeup
12598         val = q.front();
12599         q.pop_front();
12600     }
12602 Now if the queue is empty when a thread executing `get()` wakes up (e.g., because another thread has gotten to `get()` before it),
12603 it will immediately go back to sleep, waiting.
12605 ##### Enforcement
12607 Flag all `wait`s without conditions.
12610 ### <a name="Rconc-time"></a>CP.43: Minimize time spent in a critical section
12612 ##### Reason
12614 The less time is spent with a `mutex` taken, the less chance that another `thread` has to wait,
12615 and `thread` suspension and resumption are expensive.
12617 ##### Example
12619     void do_something() // bad
12620     {
12621         unique_lock<mutex> lck(my_lock);
12622         do0();  // preparation: does not need lock
12623         do1();  // transaction: needs locking
12624         do2();  // cleanup: does not need locking
12625     }
12627 Here, we are holding the lock for longer than necessary:
12628 We should not have taken the lock before we needed it and should have released it again before starting the cleanup.
12629 We could rewrite this to
12631     void do_something() // bad
12632     {
12633         do0();  // preparation: does not need lock
12634         my_lock.lock();
12635         do1();  // transaction: needs locking
12636         my_lock.unlock();
12637         do2();  // cleanup: does not need locking
12638     }
12640 But that compromises safety and violates the [use RAII](#Rconc-raii) rule.
12641 Instead, add a block for the critical section:
12643     void do_something() // OK
12644     {
12645         do0();  // preparation: does not need lock
12646         {
12647             unique_lock<mutex> lck(my_lock);
12648             do1();  // transaction: needs locking
12649         }
12650         do2();  // cleanup: does not need locking
12651     }
12653 ##### Enforcement
12655 Impossible in general.
12656 Flag "naked" `lock()` and `unlock()`.
12659 ### <a name="Rconc-name"></a>CP.44: Remember to name your `lock_guard`s and `unique_lock`s
12661 ##### Reason
12663 An unnamed local objects is a temporary that immediately goes out of scope.
12665 ##### Example
12667     unique_lock<mutex>(m1);
12668     lock_guard<mutex> {m2};
12669     lock(m1, m2);
12671 This looks innocent enough, but it isn't.
12673 ##### Enforcement
12675 Flag all unnamed `lock_guard`s and `unique_lock`s.
12679 ### <a name="Rconc-mutex"></a>P.50: Define a `mutex` together with the data it guards
12681 ##### Reason
12683 It should be obvious to a reader that the data is to be guarded and how.
12685 ##### Example
12687     struct Record {
12688         std::mutex m;   // take this mutex before accessing other members
12689         // ...
12690     };
12692 ##### Enforcement
12694 ??? Possible?
12697 ## <a name="SScp-par"></a>CP.par: Parallelism
12699 By "parallelism" we refer to performing a task (more or less) simultaneously ("in parallel with") on many data items.
12701 Parallelism rule summary:
12703 * ???
12704 * ???
12705 * Where appropriate, prefer the standard-library parallel algorithms
12706 * Use algorithms that are designed for parallelism, not algorithms with unnecessary dependency on linear evaluation
12710 ## <a name="SScp-mess"></a>CP.mess: Message passing
12712 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.
12713 Most people shouldn't work at this level: it's error-prone and development is slow.
12714 If possible, use a higher level facility: messaging libraries, parallel algorithms, and vectorization.
12715 This section looks at passing messages so that a programmer doesn't have to do explicit synchronization.
12717 Message passing rules summary:
12719 * [CP.60: Use a `future` to return a value from a concurrent task](#Rconc-future)
12720 * [CP.61: Use a `async()` to spawn a concurrent task](#Rconc-async)
12721 * message queues
12722 * messaging libraries
12724 ???? should there be a "use X rather than `std::async`" where X is something that would use a better specified thread pool?
12726 ??? 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?
12729 ### <a name="Rconc-future"></a>CP.60: Use a `future` to return a value from a concurrent task
12731 ##### Reason
12733 A `future` preserves the usual function call return semantics for asynchronous tasks.
12734 The is no explicit locking and both correct (value) return and error (exception) return are handled simply.
12736 ##### Example
12738     ???
12740 ##### Note
12744 ##### Enforcement
12748 ### <a name="Rconc-async"></a>CP.61: Use a `async()` to spawn a concurrent task
12750 ##### Reason
12752 A `future` preserves the usual function call return semantics for asynchronous tasks.
12753 The is no explicit locking and both correct (value) return and error (exception) return are handled simply.
12755 ##### Example
12757     ???
12759 ##### Note
12761 Unfortunately, `async()` is not perfect.
12762 For example, there is no guarantee that a thread pool is used to minimize thread construction.
12763 In fact, most current `async()` implementations don't.
12764 However, `async()` is simple and logically correct so until something better comes along
12765 and unless you really need to optimize for many asynchronous tasks, stick with `async()`.
12767 ##### Enforcement
12772 ## <a name="SScp-vec"></a>CP.vec: Vectorization
12774 Vectorization is a technique for executing a number of tasks concurrently without introducing explicit synchronization.
12775 An operation is simply applied to elements of a data structure (a vector, an array, etc.) in parallel.
12776 Vectorization has the interesting property of often requiring no non-local changes to a program.
12777 However, vectorization works best with simple data structures and with algorithms specifically crafted to enable it.
12779 Vectorization rule summary:
12781 * ???
12782 * ???
12784 ## <a name="SScp-free"></a>CP.free: Lock-free programming
12786 Synchronization using `mutex`es and `condition_variable`s can be relatively expensive.
12787 Furthermore, it can lead to deadlock.
12788 For performance and to eliminate the possibility of deadlock, we sometimes have to use the tricky low-level "lock-free" facilities
12789 that rely on briefly gaining exclusive ("atomic") access to memory.
12790 Lock free programming is also used to implement higher-level concurrency mechanisms, such as `thread`s and `mutex`es.
12792 Lock-free programming rule summary:
12794 * [CP.100: Don't use lock-free programming unless you absolutely have to](#Rconc-lockfree)
12795 * [CP.101: Distrust your hardware/compiler combination](#Rconc-distrust)
12796 * [CP.102: Carefully study the literature](#Rconc-literature)
12797 * how/when to use atomics
12798 * avoid starvation
12799 * use a lock free data structure rather than hand-crafting specific lock-free access
12800 * [CP.110: Do not write your own double-checked locking for initialization](#Rconc-double)
12801 * [CP.111: Use a conventional pattern if you really need double-checked locking](#Rconc-double-pattern)
12802 * how/when to compare and swap
12805 ### <a name="Rconc-lockfree"></a>CP.100: Don't use lock-free programming unless you absolutely have to
12807 ##### Reason
12809 It's error-prone and requires expert level knowledge of language features, machine architecture, and data structures.
12811 ##### Example, bad
12813     extern atomic<Link*> head;        // the shared head of a linked list
12815     Link* nh = new Link(data, nullptr);    // make a link ready for insertion
12816     Link* h = head.load();                 // read the shared head of the list
12818     do {
12819         if (h->data <= data) break;        // if so, insert elsewhere
12820         nh->next = h;                      // next element is the previous head
12821     } while (!head.compare_exchange_weak(h, nh));    // write nh to head or to h
12823 Spot the bug.
12824 It would be really hard to find through testing.
12825 Read up on the ABA problem.
12827 ##### Exception
12829 [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.
12831 ##### Note
12833 Higher-level concurrency mechanisms, such as `thread`s and `mutex`es are implemented using lock-free programming.
12835 **Alternative**: Use lock-free data structures implemented by others as part of some library.
12838 ### <a name="Rconc-distrust"></a>CP.101: Distrust your hardware/compiler combination
12840 ##### Reason
12842 The low-level hardware interfaces used by lock-free programming are among the hardest to implement well and among
12843 the areas where the most subtle portability problems occur.
12844 If you are doing lock-free programming for performance, you need to check for regressions.
12846 ##### Note
12848 Instruction reordering (static and dynamic) makes it hard for us to think effectively at this level (especially if you use relaxed memory models).
12849 Experience, (semi)formal models and model checking can be useful.
12850 Testing - often to an extreme extent - is essential.
12851 "Don't fly too close to the sun."
12853 ##### Enforcement
12855 Have strong rules for re-testing in place that covers any change in hardware, operating system, compiler, and libraries.
12858 ### <a name="Rconc-literature"></a>CP.102: Carefully study the literature
12860 ##### Reason
12862 With the exception of atomics and a few use standard patterns, lock-free programming is really an expert-only topic.
12863 Become an expert before shipping lock-free code for others to use.
12865 ##### References
12867 * Anthony Williams: C++ concurrency in action. Manning Publications.
12868 * Boehm, Adve, You Don't Know Jack About Shared Variables or Memory Models , Communications of the ACM, Feb 2012.
12869 * Boehm, "Threads Basics", HPL TR 2009-259.
12870 * Adve, Boehm, "Memory Models: A Case for Rethinking Parallel Languages and Hardware", Communications of the ACM, August 2010.
12871 * Boehm, Adve, "Foundations of the C++ Concurrency Memory Model", PLDI 08.
12872 * Mark Batty, Scott Owens, Susmit Sarkar, Peter Sewell, and Tjark Weber, "Mathematizing C++ Concurrency", POPL 2011.
12873 * 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.
12874 * Damian Dechev and Bjarne Stroustrup: Scalable Non-blocking Concurrent Objects for Mission Critical Code. ACM OOPSLA'09. October 2009
12875 * 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.
12878 ### <a name="Rconc-double"></a>CP.110: Do not write your own double-checked locking for initialization
12880 ##### Reason
12882 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.
12884 ##### Example
12886 Example with std::call_once.
12888     void f()
12889     {
12890         static std::once_flag my_once_flag;
12891         std::call_once(my_once_flag, []()
12892         {
12893             // do this only once
12894         });
12895         // ...
12896     }
12898 Example with thread-safe static local variables of C++11.
12900     void f()
12901     {
12902         // Assuming the compiler is compliant with C++11
12903         static My_class my_object; // Constructor called only once
12904         // ...
12905     }
12907     class My_class
12908     {
12909     public:
12910         My_class()
12911         {
12912             // ...
12913         }
12914     };
12916 ##### Enforcement
12918 ??? Is it possible to detect the idiom?
12921 ### <a name="Rconc-double-pattern"></a>CP.111: Use a conventional pattern if you really need double-checked locking
12923 ##### Reason
12925 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.
12927 ##### Example, bad
12929 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.
12931     atomic<bool> x_init;
12933     if (!x_init.load(memory_order_acquire)) {
12934         lock_guard<mutex> lck(x_mutex);
12935         if (!x_init.load(memory_order_relaxed)) {
12936             // ... initialize x ...
12937             x_init.store(true, memory_order_release);
12938         }
12939     }
12941 ##### Example, good
12943 One of the conventional patterns is below.
12945     std::atomic<int> state;
12947     // If state == SOME_ACTION_NEEDED maybe an action is needed, maybe not, we need to
12948     // check again in a lock. However, if state != SOME_ACTION_NEEDED, then we can be
12949     // sure that an action is not needed. This is the basic assumption of double-checked
12950     // locking.
12952     if (state == SOME_ACTION_NEEDED)
12953     {
12954         std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex);
12955         if (state == SOME_ACTION_NEEDED)
12956         {
12957             // do something
12958             state = NO_ACTION_NEEDED;
12959         }
12960     }
12962 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).
12964 ##### Enforcement
12966 ??? Is it possible to detect the idiom?
12969 ## <a name="SScp-etc"></a>CP.etc: Etc. concurrency rules
12971 These rules defy simple categorization:
12973 * [CP.200: Use `volatile` only to talk to non-C++ memory](#Rconc-volatile2)
12974 * [CP.201: ??? Signals](#Rconc-signal)
12976 ### <a name="Rconc-volatile2"></a>CP.200: Use `volatile` only to talk to non-C++ memory
12978 ##### Reason
12980 `volatile` is used to refer to objects that are shared with "non-C++" code or hardware that does not follow the C++ memory model.
12982 ##### Example
12984     const volatile long clock;
12986 This describes a register constantly updated by a clock circuit.
12987 `clock` is `volatile` because its value will change without any action from the C++ program that uses it.
12988 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:
12990     long t1 = clock;
12991     // ... no use of clock here ...
12992     long t2 = clock;
12994 `clock` is `const` because the program should not try to write to `clock`.
12996 ##### Note
12998 Unless you are writing the lowest level code manipulating hardware directly, consider `volatile` an esoteric feature that is best avoided.
13000 ##### Example
13002 Usually C++ code receives `volatile` memory that is owned Elsewhere (hardware or another language):
13004     int volatile* vi = get_hardware_memory_location();
13005         // note: we get a pointer to someone else's memory here
13006         // volatile says "treat this with extra respect"
13008 Sometimes C++ code allocates the `volatile` memory and shares it with "elsewhere" (hardware or another language) by deliberately escaping a pointer:
13010     static volatile long vl;
13011     please_use_this(&vl);   // escape a reference to this to "elsewhere" (not C++)
13013 ##### Example; bad
13015 `volatile` local variables are nearly always wrong -- how can they be shared with other languages or hardware if they're ephemeral?
13016 The same applies almost as strongly to member variables, for the same reason.
13018     void f() {
13019         volatile int i = 0; // bad, volatile local variable
13020         // etc.
13021     }
13023     class My_type {
13024         volatile int i = 0; // suspicious, volatile member variable
13025         // etc.
13026     };
13028 ##### Note
13030 In C++, unlike in some other languages, `volatile` has [nothing to do with synchronization](#Rconc-volatile).
13032 ##### Enforcement
13034 * Flag `volatile T` local and member variables; almost certainly you intended to use `atomic<T>` instead.
13035 * ???
13037 ### <a name="Rconc-signal"></a>CP.201: ??? Signals
13039 ???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")
13042 # <a name="S-errors"></a>E: Error handling
13044 Error handling involves:
13046 * Detecting an error
13047 * Transmitting information about an error to some handler code
13048 * Preserve the state of a program in a valid state
13049 * Avoid resource leaks
13051 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.
13053 The rules are designed to help avoid several kinds of errors:
13055 * Type violations (e.g., misuse of `union`s and casts)
13056 * Resource leaks (including memory leaks)
13057 * Bounds errors
13058 * Lifetime errors (e.g., accessing an object after is has been `delete`d)
13059 * Complexity errors (logical errors make likely by overly complex expression of ideas)
13060 * Interface errors (e.g., an unexpected value is passed through an interface)
13062 Error-handling rule summary:
13064 * [E.1: Develop an error-handling strategy early in a design](#Re-design)
13065 * [E.2: Throw an exception to signal that a function can't perform its assigned task](#Re-throw)
13066 * [E.3: Use exceptions for error handling only](#Re-errors)
13067 * [E.4: Design your error-handling strategy around invariants](#Re-design-invariants)
13068 * [E.5: Let a constructor establish an invariant, and throw if it cannot](#Re-invariant)
13069 * [E.6: Use RAII to prevent leaks](#Re-raii)
13070 * [E.7: State your preconditions](#Re-precondition)
13071 * [E.8: State your postconditions](#Re-postcondition)
13073 * [E.12: Use `noexcept` when exiting a function because of a `throw` is impossible or unacceptable](#Re-noexcept)
13074 * [E.13: Never throw while being the direct owner of an object](#Re-never-throw)
13075 * [E.14: Use purpose-designed user-defined types as exceptions (not built-in types)](#Re-exception-types)
13076 * [E.15: Catch exceptions from a hierarchy by reference](#Re-exception-ref)
13077 * [E.16: Destructors, deallocation, and `swap` must never fail](#Re-never-fail)
13078 * [E.17: Don't try to catch every exception in every function](#Re-not-always)
13079 * [E.18: Minimize the use of explicit `try`/`catch`](#Re-catch)
13080 * [E.19: Use a `final_action` object to express cleanup if no suitable resource handle is available](#Re-finally)
13082 * [E.25: If you can't throw exceptions, simulate RAII for resource management](#Re-no-throw-raii)
13083 * [E.26: If you can't throw exceptions, consider failing fast](#Re-no-throw-crash)
13084 * [E.27: If you can't throw exceptions, use error codes systematically](#Re-no-throw-codes)
13085 * [E.28: Avoid error handling based on global state (e.g. `errno`)](#Re-no-throw)
13087 ### <a name="Re-design"></a>E.1: Develop an error-handling strategy early in a design
13089 ##### Reason
13091 A consistent and complete strategy for handling errors and resource leaks is hard to retrofit into a system.
13093 ### <a name="Re-throw"></a>E.2: Throw an exception to signal that a function can't perform its assigned task
13095 ##### Reason
13097 To make error handling systematic, robust, and non-repetitive.
13099 ##### Example
13101     struct Foo {
13102         vector<Thing> v;
13103         File_handle f;
13104         string s;
13105     };
13107     void use()
13108     {
13109         Foo bar {{Thing{1}, Thing{2}, Thing{monkey}}, {"my_file", "r"}, "Here we go!"};
13110         // ...
13111     }
13113 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.
13114 In each case, they throw an exception for `use()`'s caller to handle.
13115 If `use()` could handle the failure to construct `bar` it can take control using `try`/`catch`.
13116 In either case, `Foo`'s constructor correctly destroys constructed members before passing control to whatever tried to create a `Foo`.
13117 Note that there is no return value that could contain an error code.
13119 The `File_handle` constructor might be defined like this:
13121     File_handle::File_handle(const string& name, const string& mode)
13122         :f{fopen(name.c_str(), mode.c_str())}
13123     {
13124         if (!f)
13125             throw runtime_error{"File_handle: could not open " + name + " as " + mode};
13126     }
13128 ##### Note
13130 It is often said that exceptions are meant to signal exceptional events and failures.
13131 However, that's a bit circular because "what is exceptional?"
13132 Examples:
13134 * A precondition that cannot be met
13135 * A constructor that cannot construct an object (failure to establish its class's [invariant](#Rc-struct))
13136 * An out-of-range error (e.g., `v[v.size()] = 7`)
13137 * Inability to acquire a resource (e.g., the network is down)
13139 In contrast, termination of an ordinary loop is not exceptional.
13140 Unless the loop was meant to be infinite, termination is normal and expected.
13142 ##### Note
13144 Don't use a `throw` as simply an alternative way of returning a value from a function.
13146 ##### Exception
13148 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`.
13150 **See also**: [RAII](#Re-raii)
13152 **See also**: [discussion](#Sd-noexcept)
13154 ##### Note
13156 Before deciding that you cannot afford or don't like exception-based error handling, have a look at the [alternatives](#Re-no-throw-raii);
13157 they have their own complexities and problems.
13158 Also, as far as possible, measure before making claims about efficiency.
13160 ### <a name="Re-errors"></a>E.3: Use exceptions for error handling only
13162 ##### Reason
13164 To keep error handling separated from "ordinary code."
13165 C++ implementations tend to be optimized based on the assumption that exceptions are rare.
13167 ##### Example, don't
13169     // don't: exception not used for error handling
13170     int find_index(vector<string>& vec, const string& x)
13171     {
13172         try {
13173             for (int i = 0; i < vec.size(); ++i)
13174                 if (vec[i] == x) throw i;  // found x
13175         } catch (int i) {
13176             return i;
13177         }
13178         return -1;   // not found
13179     }
13181 This is more complicated and most likely runs much slower than the obvious alternative.
13182 There is nothing exceptional about finding a value in a `vector`.
13184 ##### Enforcement
13186 Would need to be heuristic.
13187 Look for exception values "leaked" out of `catch` clauses.
13189 ### <a name="Re-design-invariants"></a>E.4: Design your error-handling strategy around invariants
13191 ##### Reason
13193 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.
13195 ##### Note
13197 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.
13199 ##### Enforcement
13203 ### <a name="Re-invariant"></a>E.5: Let a constructor establish an invariant, and throw if it cannot
13205 ##### Reason
13207 Leaving an object without its invariant established is asking for trouble.
13208 Not all member functions can be called.
13210 ##### Example
13212     class Vector {  // very simplified vector of doubles
13213         // if elem != nullptr then elem points to sz doubles
13214     public:
13215         Vector() : elem{nullptr}, sz{0}{}
13216         Vector(int s) : elem{new double}, sz{s} { /* initialize elements */ }
13217         ~Vector() { delete elem; }
13218         double& operator[](int s) { return elem[s]; }
13219         // ...
13220     private:
13221         owner<double*> elem;
13222         int sz;
13223     };
13225 The class invariant - here stated as a comment - is established by the constructors.
13226 `new` throws if it cannot allocate the required memory.
13227 The operators, notably the subscript operator, relies on the invariant.
13229 **See also**: [If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception](#Rc-throw)
13231 ##### Enforcement
13233 Flag classes with `private` state without a constructor (public, protected, or private).
13235 ### <a name="Re-raii"></a>E.6: Use RAII to prevent leaks
13237 ##### Reason
13239 Leaks are typically unacceptable. RAII ("Resource Acquisition Is Initialization") is the simplest, most systematic way of preventing leaks.
13241 ##### Example
13243     void f1(int i)   // Bad: possibly leak
13244     {
13245         int* p = new int[12];
13246         // ...
13247         if (i < 17) throw Bad {"in f()", i};
13248         // ...
13249     }
13251 We could carefully release the resource before the throw:
13253     void f2(int i)   // Clumsy: explicit release
13254     {
13255         int* p = new int[12];
13256         // ...
13257         if (i < 17) {
13258             delete[] p;
13259             throw Bad {"in f()", i};
13260         }
13261         // ...
13262     }
13264 This is verbose. In larger code with multiple possible `throw`s explicit releases become repetitive and error-prone.
13266     void f3(int i)   // OK: resource management done by a handle
13267     {
13268         auto p = make_unique<int[]>(12);
13269         // ...
13270         if (i < 17) throw Bad {"in f()", i};
13271         // ...
13272     }
13274 Note that this works even when the `throw` is implicit because it happened in a called function:
13276     void f4(int i)   // OK: resource management done by a handle
13277     {
13278         auto p = make_unique<int[]>(12);
13279         // ...
13280         helper(i);   // may throw
13281         // ...
13282     }
13284 Unless you really need pointer semantics, use a local resource object:
13286     void f5(int i)   // OK: resource management done by local object
13287     {
13288         vector<int> v(12);
13289         // ...
13290         helper(i);   // may throw
13291         // ...
13292     }
13294 ##### Note
13296 If there is no obvious resource handle, cleanup actions can be represented by a [`final_action` object](#Re-finally)
13298 ##### Note
13300 But what do we do if we are writing a program where exceptions cannot be used?
13301 First challenge that assumption; there are many anti-exceptions myths around.
13302 We know of only a few good reasons:
13304 * We are on a system so small that the exception support would eat up most of our 2K memory.
13305 * 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.
13306 * We are in a system with tons of legacy code using lots of pointers in difficult-to-understand ways
13307   (in particular without a recognizable ownership strategy) so that exceptions could cause leaks.
13308 * Our implementation of the C++ exception mechanisms is unreasonably poor
13309 (slow, memory consuming, failing to work correctly for dynamically linked libraries, etc.).
13310 Complain to your implementation purveyor; if no user complains, no improvement will happen.
13311 * We get fired if we challenge our manager's ancient wisdom.
13313 Only the first of these reasons is fundamental, so whenever possible, use exceptions to implement RAII, or design your RAII objects to never fail.
13314 When exceptions cannot be used, simulate RAII.
13315 That is, systematically check that objects are valid after construction and still release all resources in the destructor.
13316 One strategy is to add a `valid()` operation to every resource handle:
13318     void f()
13319     {
13320         vector<string> vs(100);   // not std::vector: valid() added
13321         if (!vs.valid()) {
13322             // handle error or exit
13323         }
13325         ifstream fs("foo");   // not std::ifstream: valid() added
13326         if (!fs.valid()) {
13327             // handle error or exit
13328         }
13330         // ...
13331     } // destructors clean up as usual
13333 Obviously, this increases the size of the code, doesn't allow for implicit propagation of "exceptions" (`valid()` checks), and `valid()` checks can be forgotten.
13334 Prefer to use exceptions.
13336 **See also**: [Use of `noexcept`](#Se-noexcept).
13338 ##### Enforcement
13342 ### <a name="Re-precondition"></a>E.7: State your preconditions
13344 ##### Reason
13346 To avoid interface errors.
13348 **See also**: [precondition rule](#Ri-pre).
13350 ### <a name="Re-postcondition"></a>E.8: State your postconditions
13352 ##### Reason
13354 To avoid interface errors.
13356 **See also**: [postcondition rule](#Ri-post).
13358 ### <a name="Re-noexcept"></a>E.12: Use `noexcept` when exiting a function because of a `throw` is impossible or unacceptable
13360 ##### Reason
13362 To make error handling systematic, robust, and efficient.
13364 ##### Example
13366     double compute(double d) noexcept
13367     {
13368         return log(sqrt(d <= 0 ? 1 : d));
13369     }
13371 Here, we know that `compute` will not throw because it is composed out of operations that don't throw.
13372 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`.
13374 ##### Note
13376 Many standard library functions are `noexcept` including all the standard library functions "inherited" from the C standard library.
13378 ##### Example
13380     vector<double> munge(const vector<double>& v) noexcept
13381     {
13382         vector<double> v2(v.size());
13383         // ... do something ...
13384     }
13386 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.
13388 **See also**: [discussion](#Sd-noexcept).
13390 ### <a name="Re-never-throw"></a>E.13: Never throw while being the direct owner of an object
13392 ##### Reason
13394 That would be a leak.
13396 ##### Example
13398     void leak(int x)   // don't: may leak
13399     {
13400         auto p = new int{7};
13401         if (x < 0) throw Get_me_out_of_here{};  // may leak *p
13402         // ...
13403         delete p;   // we may never get here
13404     }
13406 One way of avoiding such problems is to use resource handles consistently:
13408     void no_leak(int x)
13409     {
13410         auto p = make_unique<int>(7);
13411         if (x < 0) throw Get_me_out_of_here{};  // will delete *p if necessary
13412         // ...
13413         // no need for delete p
13414     }
13416 Another solution (often better) would be to use a local variable to eliminate explicit use of pointers:
13418     void no_leak_simplified(int x)
13419     {
13420         vector<int> v(7);
13421         // ...
13422     }
13424 **See also**: ???resource rule ???
13426 ### <a name="Re-exception-types"></a>E.14: Use purpose-designed user-defined types as exceptions (not built-in types)
13428 ##### Reason
13430 A user-defined type is unlikely to clash with other people's exceptions.
13432 ##### Example
13434     void my_code()
13435     {
13436         // ...
13437         throw Moonphase_error{};
13438         // ...
13439     }
13441     void your_code()
13442     {
13443         try {
13444             // ...
13445             my_code();
13446             // ...
13447         }
13448         catch(Bufferpool_exhausted) {
13449             // ...
13450         }
13451     }
13453 ##### Example, don't
13455     void my_code()     // Don't
13456     {
13457         // ...
13458         throw 7;       // 7 means "moon in the 4th quarter"
13459         // ...
13460     }
13462     void your_code()   // Don't
13463     {
13464         try {
13465             // ...
13466             my_code();
13467             // ...
13468         }
13469         catch(int i) {  // i == 7 means "input buffer too small"
13470             // ...
13471         }
13472     }
13474 ##### Note
13476 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.
13478 ##### Example, don't
13480     void my_code()   // Don't
13481     {
13482         // ...
13483         throw runtime_error{"moon in the 4th quarter"};
13484         // ...
13485     }
13487     void your_code()   // Don't
13488     {
13489         try {
13490             // ...
13491             my_code();
13492             // ...
13493         }
13494         catch(runtime_error) {   // runtime_error means "input buffer too small"
13495             // ...
13496         }
13497     }
13499 **See also**: [Discussion](#Sd-???)
13501 ##### Enforcement
13503 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.
13505 ### <a name="Re-exception-ref"></a>E.15: Catch exceptions from a hierarchy by reference
13507 ##### Reason
13509 To prevent slicing.
13511 ##### Example
13513     void f()
13514     try {
13515         // ...
13516     }
13517     catch (exception e) {   // don't: may slice
13518         // ...
13519     }
13521 Instead, use:
13523     catch (exception& e) { /* ... */ }
13525 ##### Enforcement
13527 Flag by-value exceptions if their types are part of a hierarchy (could require whole-program analysis to be perfect).
13529 ### <a name="Re-never-fail"></a>E.16: Destructors, deallocation, and `swap` must never fail
13531 ##### Reason
13533 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.
13535 ##### Example, don't
13537     class Connection {
13538         // ...
13539     public:
13540         ~Connection()   // Don't: very bad destructor
13541         {
13542             if (cannot_disconnect()) throw I_give_up{information};
13543             // ...
13544         }
13545     };
13547 ##### Note
13549 Many have tried to write reliable code violating this rule for examples, such as a network connection that "refuses to close".
13550 To the best of our knowledge nobody has found a general way of doing this.
13551 Occasionally, for very specific examples, you can get away with setting some state for future cleanup.
13552 For example, we might put a socket that does not want to close on a "bad socket" list,
13553 to be examined by a regular sweep of the system state.
13554 Every example we have seen of this is error-prone, specialized, and often buggy.
13556 ##### Note
13558 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.
13560 ##### Note
13562 Deallocation functions, including `operator delete`, must be `noexcept`. `swap` functions must be `noexcept`.
13563 Most destructors are implicitly `noexcept` by default.
13564 Also, [make move operations `noexcept`](##Rc-move-noexcept).
13566 ##### Enforcement
13568 Catch destructors, deallocation operations, and `swap`s that `throw`.
13569 Catch such operations that are not `noexcept`.
13571 **See also**: [discussion](#Sd-never-fail)
13573 ### <a name="Re-not-always"></a>E.17: Don't try to catch every exception in every function
13575 ##### Reason
13577 Catching an exception in a function that cannot take a meaningful recovery action leads to complexity and waste.
13578 Let an exception propagate until it reaches a function that can handle it.
13579 Let cleanup actions on the unwinding path be handled by [RAII](#Re-raii).
13581 ##### Example, don't
13583     void f()   // bad
13584     {
13585         try {
13586             // ...
13587         }
13588         catch (...) {
13589             // no action
13590             throw;   // propagate exception
13591         }
13592     }
13594 ##### Enforcement
13596 * Flag nested try-blocks.
13597 * Flag source code files with a too high ratio of try-blocks to functions. (??? Problem: define "too high")
13599 ### <a name="Re-catch"></a>E.18: Minimize the use of explicit `try`/`catch`
13601 ##### Reason
13603  `try`/`catch` is verbose and non-trivial uses error-prone.
13604  `try`/`catch` can be a sign of unsystematic and/or low-level resource management or error handling.
13606 ##### Example, Bad
13608     void f(zstring s)
13609     {
13610         Gadget* p;
13611         try {
13612             p = new Gadget(s);
13613             // ...
13614             delete p;
13615         }
13616         catch (Gadget_construction_failure) {
13617             delete p;
13618             throw;
13619         }
13620     }
13622 This code is messy.
13623 There could be a leak from the naked pointer in the `try` block.
13624 Not all exceptions are handled.
13625 `deleting` an object that failed to construct is almost certainly a mistake.
13626 Better:
13628     void f2(zstring s)
13629     {
13630         Gadget g {s};
13631     }
13633 ##### Alternatives
13635 * proper resource handles and [RAII](#Re-raii)
13636 * [`finally`](#Re-finally)
13638 ##### Enforcement
13640 ??? hard, needs a heuristic
13642 ### <a name="Re-finally"></a>E.19: Use a `final_action` object to express cleanup if no suitable resource handle is available
13644 ##### Reason
13646 `finally` is less verbose and harder to get wrong than `try`/`catch`.
13648 ##### Example
13650     void f(int n)
13651     {
13652         void* p = malloc(1, n);
13653         auto _ = finally([p] { free(p); });
13654         // ...
13655     }
13657 ##### Note
13659 `finally` is not as messy as `try`/`catch`, but it is still ad-hoc.
13660 Prefer [proper resource management objects](#Re-raii).
13662 ##### Note
13664 Use of `finally` is a systematic and reasonably clean alternative to the old [`goto exit;` technique](##Re-no-throw-codes)
13665 for dealing with cleanup where resource management is not systematic.
13667 ##### Enforcement
13669 Heuristic: Detect `goto exit;`
13671 ### <a name="Re-no-throw-raii"></a>E.25: If you can't throw exceptions, simulate RAII for resource management
13673 ##### Reason
13675 Even without exceptions, [RAII](#Re-raii) is usually the best and most systematic way of dealing with resources.
13677 ##### Note
13679 Error handling using exceptions is the only complete and systematic way of handling non-local errors in C++.
13680 In particular, non-intrusively signaling failure to construct an object requires an exception.
13681 Signaling errors in a way that cannot be ignored requires exceptions.
13682 If you can't use exceptions, simulate their use as best you can.
13684 A lot of fear of exceptions is misguided.
13685 When used for exceptional circumstances in code that is not littered with pointers and complicated control structures,
13686 exception handling is almost always affordable (in time and space) and almost always leads to better code.
13687 This, of course, assumes a good implementation of the exception handling mechanisms, which is not available on all systems.
13688 There are also cases where the problems above do not apply, but exceptions cannot be used for other reasons.
13689 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.
13690 In the absence of appropriate time estimation tools, this is hard to guarantee for exceptions.
13691 Such systems (e.g. flight control software) typically also ban the use of dynamic (heap) memory.
13693 So, the primary guideline for error handling is "use exceptions and [RAII](#Re-raii)."
13694 This section deals with the cases where you either do not have an efficient implementation of exceptions,
13695 or have such a rat's nest of old-style code
13696 (e.g., lots of pointers, ill-defined ownership, and lots of unsystematic error handling based on tests of error codes)
13697 that it is infeasible to introduce simple and systematic exception handling.
13699 Before condemning exceptions or complaining too much about their cost, consider examples of the use of [error codes](#Re-no-throw-codes).
13700 Consider the cost and complexity of the use of error codes.
13701 If performance is your worry, measure.
13703 ##### Example
13705 Assume you wanted to write
13707     void func(zstring arg)
13708     {
13709         Gadget g {arg};
13710         // ...
13711     }
13713 If the `gadget` isn't correctly constructed, `func` exits with an exception.
13714 If we cannot throw an exception, we can simulate this RAII style of resource handling by adding a `valid()` member function to `Gadget`:
13716     error_indicator func(zstring arg)
13717     {
13718         Gadget g {arg};
13719         if (!g.valid()) return gadget_construction_error;
13720         // ...
13721         return 0;   // zero indicates "good"
13722     }
13724 The problem is of course that the caller now has to remember to test the return value.
13726 **See also**: [Discussion](#Sd-???).
13728 ##### Enforcement
13730 Possible (only) for specific versions of this idea: e.g., test for systematic test of `valid()` after resource handle construction
13732 ### <a name="Re-no-throw-crash"></a>E.26: If you can't throw exceptions, consider failing fast
13734 ##### Reason
13736 If you can't do a good job at recovering, at least you can get out before too much consequential damage is done.
13738 See also [Simulating RAII](#Re-no-throw-raii).
13740 ##### Note
13742 If you cannot be systematic about error handling, consider "crashing" as a response to any error that cannot be handled locally.
13743 That is, if you cannot recover from an error in the context of the function that detected it, call `abort()`, `quick_exit()`,
13744 or a similar function that will trigger some sort of system restart.
13746 In systems where you have lots of processes and/or lots of computers, you need to expect and handle fatal crashes anyway,
13747 say from hardware failures.
13748 In such cases, "crashing" is simply leaving error handling to the next level of the system.
13750 ##### Example
13752     void f(int n)
13753     {
13754         // ...
13755         p = static_cast<X*>(malloc(n, X));
13756         if (p == nullptr) abort();     // abort if memory is exhausted
13757         // ...
13758     }
13760 Most programs cannot handle memory exhaustion gracefully anyway. This is roughly equivalent to
13762     void f(int n)
13763     {
13764         // ...
13765         p = new X[n];    // throw if memory is exhausted (by default, terminate)
13766         // ...
13767     }
13769 Typically, it is a good idea to log the reason for the "crash" before exiting.
13771 ##### Enforcement
13773 Awkward
13775 ### <a name="Re-no-throw-codes"></a>E.27: If you can't throw exceptions, use error codes systematically
13777 ##### Reason
13779 Systematic use of any error-handling strategy minimizes the chance of forgetting to handle an error.
13781 See also [Simulating RAII](#Re-no-throw-raii).
13783 ##### Note
13785 There are several issues to be addressed:
13787 * how do you transmit an error indicator from out of a function?
13788 * how do you release all resources from a function before doing an error exit?
13789 * What do you use as an error indicator?
13791 In general, returning an error indicator implies returning two values: The result and an error indicator.
13792 The error indicator can be part of the object, e.g. an object can have a `valid()` indicator
13793 or a pair of values can be returned.
13795 ##### Example
13797     Gadget make_gadget(int n)
13798     {
13799         // ...
13800     }
13802     void user()
13803     {
13804         Gadget g = make_gadget(17);
13805         if (!g.valid()) {
13806                 // error handling
13807         }
13808         // ...
13809     }
13811 This approach fits with [simulated RAII resource management](#Re-no-throw-raii).
13812 The `valid()` function could return an `error_indicator` (e.g. a member of an `error_indicator` enumeration).
13814 ##### Example
13816 What if we cannot or do not want to modify the `Gadget` type?
13817 In that case, we must return a pair of values.
13818 For example:
13820     std::pair<Gadget, error_indicator> make_gadget(int n)
13821     {
13822         // ...
13823     }
13825     void user()
13826     {
13827         auto r = make_gadget(17);
13828         if (!r.second) {
13829                 // error handling
13830         }
13831         Gadget& g = r.first;
13832         // ...
13833     }
13835 As shown, `std::pair` is a possible return type.
13836 Some people prefer a specific type.
13837 For example:
13839     Gval make_gadget(int n)
13840     {
13841         // ...
13842     }
13844     void user()
13845     {
13846         auto r = make_gadget(17);
13847         if (!r.err) {
13848                 // error handling
13849         }
13850         Gadget& g = r.val;
13851         // ...
13852     }
13854 One reason to prefer a specific return type is to have names for its members, rather than the somewhat cryptic `first` and `second`
13855 and to avoid confusion with other uses of `std::pair`.
13857 ##### Example
13859 In general, you must clean up before an error exit.
13860 This can be messy:
13862     std::pair<int, error_indicator> user()
13863     {
13864         Gadget g1 = make_gadget(17);
13865         if (!g1.valid()) {
13866                 return {0, g1_error};
13867         }
13869         Gadget g2 = make_gadget(17);
13870         if (!g2.valid()) {
13871                 cleanup(g1);
13872                 return {0, g2_error};
13873         }
13875         // ...
13877         if (all_foobar(g1, g2)) {
13878             cleanup(g1);
13879             cleanup(g2);
13880             return {0, foobar_error};
13881         // ...
13883         cleanup(g1);
13884         cleanup(g2);
13885         return {res, 0};
13886     }
13888 Simulating RAII can be non-trivial, especially in functions with multiple resources and multiple possible errors.
13889 A not uncommon technique is to gather cleanup at the end of the function to avoid repetition:
13891     std::pair<int, error_indicator> user()
13892     {
13893         error_indicator err = 0;
13895         Gadget g1 = make_gadget(17);
13896         if (!g1.valid()) {
13897                 err = g1_error;
13898                 goto exit;
13899         }
13901         Gadget g2 = make_gadget(17);
13902         if (!g2.valid()) {
13903                 err = g2_error;
13904                 goto exit;
13905         }
13907         if (all_foobar(g1, g2)) {
13908             err = foobar_error;
13909             goto exit;
13910         }
13911         // ...
13913     exit:
13914       if (g1.valid()) cleanup(g1);
13915       if (g2.valid()) cleanup(g2);
13916       return {res, err};
13917     }
13919 The larger the function, the more tempting this technique becomes.
13920 `finally` can [ease the pain a bit](#Re-finally).
13921 Also, the larger the program becomes the harder it is to apply an error-indicator-based error handling strategy systematically.
13923 We [prefer exception-based error handling](#Re-throw) and recommend [keeping functions short](#Rf-single).
13925 **See also**: [Discussion](#Sd-???).
13927 **See also**: [Returning multiple values](#Rf-out-multi).
13929 ##### Enforcement
13931 Awkward.
13933 ### <a name="Re-no-throw"></a>E.28: Avoid error handling based on global state (e.g. `errno`)
13935 ##### Reason
13937 Global state is hard to manage and it is easy to forget to check it.
13938 When did you last test the return value of `printf()`?
13940 See also [Simulating RAII](#Re-no-throw-raii).
13942 ##### Example, bad
13944     ???
13946 ##### Note
13948 C-style error handling is based on the global variable `errno`, so it is essentially impossible to avoid this style completely.
13950 ##### Enforcement
13952 Awkward.
13954 # <a name="S-const"></a>Con: Constants and Immutability
13956 You can't have a race condition on a constant.
13957 It is easier to reason about a program when many of the objects cannot change their values.
13958 Interfaces that promises "no change" of objects passed as arguments greatly increase readability.
13960 Constant rule summary:
13962 * [Con.1: By default, make objects immutable](#Rconst-immutable)
13963 * [Con.2: By default, make member functions `const`](#Rconst-fct)
13964 * [Con.3: By default, pass pointers and references to `const`s](#Rconst-ref)
13965 * [Con.4: Use `const` to define objects with values that do not change after construction](#Rconst-const)
13966 * [Con.5: Use `constexpr` for values that can be computed at compile time](#Rconst-constexpr)
13968 ### <a name="Rconst-immutable"></a>Con.1: By default, make objects immutable
13970 ##### Reason
13972 Immutable objects are easier to reason about, so make objects non-`const` only when there is a need to change their value.
13973 Prevents accidental or hard-to-notice change of value.
13975 ##### Example
13977     for (const int i : c) cout << i << '\n';    // just reading: const
13979     for (int i : c) cout << i << '\n';          // BAD: just reading
13981 ##### Exception
13983 Function arguments are rarely mutated, but also rarely declared const.
13984 To avoid confusion and lots of false positives, don't enforce this rule for function arguments.
13986     void f(const char* const p); // pedantic
13987     void g(const int i);        // pedantic
13989 Note that function parameter is a local variable so changes to it are local.
13991 ##### Enforcement
13993 * Flag non-const variables that are not modified (except for parameters to avoid many false positives)
13995 ### <a name="Rconst-fct"></a>Con.2: By default, make member functions `const`
13997 ##### Reason
13999 A member function should be marked `const` unless it changes the object's observable state.
14000 This gives a more precise statement of design intent, better readability, more errors caught by the compiler, and sometimes more optimization opportunities.
14002 ##### Example; bad
14004     class Point {
14005         int x, y;
14006     public:
14007         int getx() { return x; }    // BAD, should be const as it doesn't modify the object's state
14008         // ...
14009     };
14011     void f(const Point& pt) {
14012         int x = pt.getx();          // ERROR, doesn't compile because getx was not marked const
14013     }
14015 ##### Note
14017 It is not inherently bad to pass a pointer or reference to non-const,
14018 but that should be done only when the called function is supposed to modify the object.
14019 A reader of code must assume that a function that takes a "plain" `T*` or `T&` will modify the object referred to.
14020 If it doesn't now, it might do so later without forcing recompilation.
14022 ##### Note
14024 There are code/libraries that are offer functions that declare a`T*` even though
14025 those function do not modify that `T`.
14026 This is a problem for people modernizing code.
14027 You can
14029 * update the library to be `const`-correct; preferred long-term solution
14030 * "cast away `const`"; [best avoided](#Res-casts-const)
14031 * provide a wrapper function
14033 Example:
14035     void f(int* p);   // old code: f() does not modify `*p`
14036     void f(const int* p) { f(const_cast<int*>(p); } // wrapper
14038 Note that this wrapper solution is a patch that should be used only when the declaration of `f()` cannot be be modified,
14039 e.g. because it is in a library that you cannot modify.
14042 ##### Enforcement
14044 * Flag a member function that is not marked `const`, but that does not perform a non-`const` operation on any member variable.
14046 ### <a name="Rconst-ref"></a>Con.3: By default, pass pointers and references to `const`s
14048 ##### Reason
14050  To avoid a called function unexpectedly changing the value.
14051  It's far easier to reason about programs when called functions don't modify state.
14053 ##### Example
14055     void f(char* p);        // does f modify *p? (assume it does)
14056     void g(const char* p);  // g does not modify *p
14058 ##### Note
14060 It is not inherently bad to pass a pointer or reference to non-const,
14061 but that should be done only when the called function is supposed to modify the object.
14063 ##### Note
14065 [Do not cast away `const`](#Res-casts-const).
14067 ##### Enforcement
14069 * Flag function that does not modify an object passed by  pointer or reference to non-`const`
14070 * Flag a function that (using a cast) modifies an object passed by pointer or reference to `const`
14072 ### <a name="Rconst-const"></a>Con.4: Use `const` to define objects with values that do not change after construction
14074 ##### Reason
14076  Prevent surprises from unexpectedly changed object values.
14078 ##### Example
14080     void f()
14081     {
14082         int x = 7;
14083         const int y = 9;
14085         for (;;) {
14086             // ...
14087         }
14088         // ...
14089     }
14091 As `x` is not `const`, we must assume that it is modified somewhere in the loop.
14093 ##### Enforcement
14095 * Flag unmodified non-`const` variables.
14097 ### <a name="Rconst-constexpr"></a>Con.5: Use `constexpr` for values that can be computed at compile time
14099 ##### Reason
14101 Better performance, better compile-time checking, guaranteed compile-time evaluation, no possibility of race conditions.
14103 ##### Example
14105     double x = f(2);            // possible run-time evaluation
14106     const double y = f(2);      // possible run-time evaluation
14107     constexpr double z = f(2);  // error unless f(2) can be evaluated at compile time
14109 ##### Note
14111 See F.4.
14113 ##### Enforcement
14115 * Flag `const` definitions with constant expression initializers.
14117 # <a name="S-templates"></a>T: Templates and generic programming
14119 Generic programming is programming using types and algorithms parameterized by types, values, and algorithms.
14120 In C++, generic programming is supported by the `template` language mechanisms.
14122 Arguments to generic functions are characterized by sets of requirements on the argument types and values involved.
14123 In C++, these requirements are expressed by compile-time predicates called concepts.
14125 Templates can also be used for meta-programming; that is, programs that compose code at compile time.
14127 A central notion in generic programming is "concepts"; that is, requirements on template arguments presented as compile-time predicates.
14128 "Concepts" are defined in an ISO Technical specification: [concepts](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
14129 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)
14130 Currently (July 2016), concepts are supported only in GCC 6.1.
14131 Consequently, we comment out uses of concepts in examples; that is, we use them as formalized comments only.
14132 If you use GCC 6.1, you can uncomment them.
14134 Template use rule summary:
14136 * [T.1: Use templates to raise the level of abstraction of code](#Rt-raise)
14137 * [T.2: Use templates to express algorithms that apply to many argument types](#Rt-algo)
14138 * [T.3: Use templates to express containers and ranges](#Rt-cont)
14139 * [T.4: Use templates to express syntax tree manipulation](#Rt-expr)
14140 * [T.5: Combine generic and OO techniques to amplify their strengths, not their costs](#Rt-generic-oo)
14142 Concept use rule summary:
14144 * [T.10: Specify concepts for all template arguments](#Rt-concepts)
14145 * [T.11: Whenever possible use standard concepts](#Rt-std-concepts)
14146 * [T.12: Prefer concept names over `auto` for local variables](#Rt-auto)
14147 * [T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts](#Rt-shorthand)
14148 * ???
14150 Concept definition rule summary:
14152 * [T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics](#Rt-low)
14153 * [T.21: Require a complete set of operations for a concept](#Rt-complete)
14154 * [T.22: Specify axioms for concepts](#Rt-axiom)
14155 * [T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns](#Rt-refine)
14156 * [T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics](#Rt-tag)
14157 * [T.25: Avoid complementary constraints](#Rt-not)
14158 * [T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax](#Rt-use)
14159 * [T.30: Use concept negation (`!C<T>`) sparingly to express a minor difference](#Rt-not)
14160 * [T.31: Use concept disjunction (`C1<T> || C2<T>`) sparingly to express alternatives](#Rt-or)
14161 * ???
14163 Template interface rule summary:
14165 * [T.40: Use function objects to pass operations to algorithms](#Rt-fo)
14166 * [T.41: Require only essential properties in a template's concepts](#Rt-essential)
14167 * [T.42: Use template aliases to simplify notation and hide implementation details](#Rt-alias)
14168 * [T.43: Prefer `using` over `typedef` for defining aliases](#Rt-using)
14169 * [T.44: Use function templates to deduce class template argument types (where feasible)](#Rt-deduce)
14170 * [T.46: Require template arguments to be at least `Regular` or `SemiRegular`](#Rt-regular)
14171 * [T.47: Avoid highly visible unconstrained templates with common names](#Rt-visible)
14172 * [T.48: If your compiler does not support concepts, fake them with `enable_if`](#Rt-concept-def)
14173 * [T.49: Where possible, avoid type-erasure](#Rt-erasure)
14175 Template definition rule summary:
14177 * [T.60: Minimize a template's context dependencies](#Rt-depend)
14178 * [T.61: Do not over-parameterize members (SCARY)](#Rt-scary)
14179 * [T.62: Place non-dependent class template members in a non-templated base class](#Rt-nondependent)
14180 * [T.64: Use specialization to provide alternative implementations of class templates](#Rt-specialization)
14181 * [T.65: Use tag dispatch to provide alternative implementations of functions](#Rt-tag-dispatch)
14182 * [T.67: Use specialization to provide alternative implementations for irregular types](#Rt-specialization2)
14183 * [T.68: Use `{}` rather than `()` within templates to avoid ambiguities](#Rt-cast)
14184 * [T.69: Inside a template, don't make an unqualified nonmember function call unless you intend it to be a customization point](#Rt-customization)
14186 Template and hierarchy rule summary:
14188 * [T.80: Do not naively templatize a class hierarchy](#Rt-hier)
14189 * [T.81: Do not mix hierarchies and arrays](#Rt-array) // ??? somewhere in "hierarchies"
14190 * [T.82: Linearize a hierarchy when virtual functions are undesirable](#Rt-linear)
14191 * [T.83: Do not declare a member function template virtual](#Rt-virtual)
14192 * [T.84: Use a non-template core implementation to provide an ABI-stable interface](#Rt-abi)
14193 * [T.??: ????](#Rt-???)
14195 Variadic template rule summary:
14197 * [T.100: Use variadic templates when you need a function that takes a variable number of arguments of a variety of types](#Rt-variadic)
14198 * [T.101: ??? How to pass arguments to a variadic template ???](#Rt-variadic-pass)
14199 * [T.102: ??? How to process arguments to a variadic template ???](#Rt-variadic-process)
14200 * [T.103: Don't use variadic templates for homogeneous argument lists](#Rt-variadic-not)
14201 * [T.??: ????](#Rt-???)
14203 Metaprogramming rule summary:
14205 * [T.120: Use template metaprogramming only when you really need to](#Rt-metameta)
14206 * [T.121: Use template metaprogramming primarily to emulate concepts](#Rt-emulate)
14207 * [T.122: Use templates (usually template aliases) to compute types at compile time](#Rt-tmp)
14208 * [T.123: Use `constexpr` functions to compute values at compile time](#Rt-fct)
14209 * [T.124: Prefer to use standard-library TMP facilities](#Rt-std-tmp)
14210 * [T.125: If you need to go beyond the standard-library TMP facilities, use an existing library](#Rt-lib)
14211 * [T.??: ????](#Rt-???)
14213 Other template rules summary:
14215 * [T.140: Name all operations with potential for reuse](#Rt-name)
14216 * [T.141: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only](#Rt-lambda)
14217 * [T.142: Use template variables to simplify notation](#Rt-var)
14218 * [T.143: Don't write unintentionally nongeneric code](#Rt-nongeneric)
14219 * [T.144: Don't specialize function templates](#Rt-specialize-function)
14220 * [T.150: Check that a class matches a concept using `static_assert`](#Rt-check-class)
14221 * [T.??: ????](#Rt-???)
14223 ## <a name="SS-GP"></a>T.gp: Generic programming
14225 Generic programming is programming using types and algorithms parameterized by types, values, and algorithms.
14227 ### <a name="Rt-raise"></a>T.1: Use templates to raise the level of abstraction of code
14229 ##### Reason
14231 Generality. Re-use. Efficiency. Encourages consistent definition of user types.
14233 ##### Example, bad
14235 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":
14237     template<typename T>
14238         // requires Incrementable<T>
14239     T sum1(vector<T>& v, T s)
14240     {
14241         for (auto x : v) s += x;
14242         return s;
14243     }
14245     template<typename T>
14246         // requires Simple_number<T>
14247     T sum2(vector<T>& v, T s)
14248     {
14249         for (auto x : v) s = s + x;
14250         return s;
14251     }
14253 Assuming that `Incrementable` does not support `+` and `Simple_number` does not support `+=`, we have overconstrained implementers of `sum1` and `sum2`.
14254 And, in this case, missed an opportunity for a generalization.
14256 ##### Example
14258     template<typename T>
14259         // requires Arithmetic<T>
14260     T sum(vector<T>& v, T s)
14261     {
14262         for (auto x : v) s += x;
14263         return s;
14264     }
14266 Assuming that `Arithmetic` requires both `+` and `+=`, we have constrained the user of `sum` to provide a complete arithmetic type.
14267 That is not a minimal requirement, but it gives the implementer of algorithms much needed freedom and ensures that any `Arithmetic` type
14268 can be used for a wide variety of algorithms.
14270 For additional generality and reusability, we could also use a more general `Container` or `Range` concept instead of committing to only one container, `vector`.
14272 ##### Note
14274 If we define a template to require exactly the operations required for a single implementation of a single algorithm
14275 (e.g., requiring just `+=` rather than also `=` and `+`) and only those, we have overconstrained maintainers.
14276 We aim to minimize requirements on template arguments, but the absolutely minimal requirements of an implementation is rarely a meaningful concept.
14278 ##### Note
14280 Templates can be used to express essentially everything (they are Turing complete), but the aim of generic programming (as expressed using templates)
14281 is to efficiently generalize operations/algorithms over a set of types with similar semantic properties.
14283 ##### Note
14285 The `requires` in the comments are uses of `concepts`.
14286 "Concepts" are defined in an ISO Technical specification: [concepts](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
14287 Currently (July 2016), concepts are supported only in GCC 6.1.
14288 Consequently, we comment out uses of concepts in examples; that is, we use them as formalized comments only.
14289 If you use GCC 6.1, you can uncomment them.
14291 ##### Enforcement
14293 * Flag algorithms with "overly simple" requirements, such as direct use of specific operators without a concept.
14294 * Do not flag the definition of the "overly simple" concepts themselves; they may simply be building blocks for more useful concepts.
14296 ### <a name="Rt-algo"></a>T.2: Use templates to express algorithms that apply to many argument types
14298 ##### Reason
14300 Generality. Minimizing the amount of source code. Interoperability. Re-use.
14302 ##### Example
14304 That's the foundation of the STL. A single `find` algorithm easily works with any kind of input range:
14306     template<typename Iter, typename Val>
14307         // requires Input_iterator<Iter>
14308         //       && Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
14309     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
14310     {
14311         // ...
14312     }
14314 ##### Note
14316 Don't use a template unless you have a realistic need for more than one template argument type.
14317 Don't overabstract.
14319 ##### Enforcement
14321 ??? tough, probably needs a human
14323 ### <a name="Rt-cont"></a>T.3: Use templates to express containers and ranges
14325 ##### Reason
14327 Containers need an element type, and expressing that as a template argument is general, reusable, and type safe.
14328 It also avoids brittle or inefficient workarounds. Convention: That's the way the STL does it.
14330 ##### Example
14332     template<typename T>
14333         // requires Regular<T>
14334     class Vector {
14335         // ...
14336         T* elem;   // points to sz Ts
14337         int sz;
14338     };
14340     Vector<double> v(10);
14341     v[7] = 9.9;
14343 ##### Example, bad
14345     class Container {
14346         // ...
14347         void* elem;   // points to size elements of some type
14348         int sz;
14349     };
14351     Container c(10, sizeof(double));
14352     ((double*) c.elem)[] = 9.9;
14354 This doesn't directly express the intent of the programmer and hides the structure of the program from the type system and optimizer.
14356 Hiding the `void*` behind macros simply obscures the problems and introduces new opportunities for confusion.
14358 **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.
14359 See [Stable base](#Rt-abi).
14361 ##### Enforcement
14363 * Flag uses of `void*`s and casts outside low-level implementation code
14365 ### <a name="Rt-expr"></a>T.4: Use templates to express syntax tree manipulation
14367 ##### Reason
14369  ???
14371 ##### Example
14373     ???
14375 **Exceptions**: ???
14377 ### <a name="Rt-generic-oo"></a>T.5: Combine generic and OO techniques to amplify their strengths, not their costs
14379 ##### Reason
14381 Generic and OO techniques are complementary.
14383 ##### Example
14385 Static helps dynamic: Use static polymorphism to implement dynamically polymorphic interfaces.
14387     class Command {
14388         // pure virtual functions
14389     };
14391     // implementations
14392     template</*...*/>
14393     class ConcreteCommand : public Command {
14394         // implement virtuals
14395     };
14397 ##### Example
14399 Dynamic helps static: Offer a generic, comfortable, statically bound interface, but internally dispatch dynamically, so you offer a uniform object layout.
14400 Examples include type erasure as with `std::shared_ptr`'s deleter (but [don't overuse type erasure](#Rt-erasure)).
14402 ##### Note
14404 In a class template, nonvirtual functions are only instantiated if they're used -- but virtual functions are instantiated every time.
14405 This can bloat code size, and may overconstrain a generic type by instantiating functionality that is never needed.
14406 Avoid this, even though the standard-library facets made this mistake.
14408 ##### See also
14410 * ref ???
14411 * ref ???
14412 * ref ???
14414 ##### Enforcement
14416 See the reference to more specific rules.
14418 ## <a name="SS-concepts"></a>T.concepts: Concept rules
14420 Concepts is a facility for specifying requirements for template arguments.
14421 It is an [ISO technical specification](#Ref-conceptsTS), but currently supported only by GCC.
14422 Concepts are, however, crucial in the thinking about generic programming and the basis of much work on future C++ libraries
14423 (standard and other).
14425 This section assumes concept support
14427 Concept use rule summary:
14429 * [T.10: Specify concepts for all template arguments](#Rt-concepts)
14430 * [T.11: Whenever possible use standard concepts](#Rt-std-concepts)
14431 * [T.12: Prefer concept names over `auto`](#Rt-auto)
14432 * [T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts](#Rt-shorthand)
14433 * ???
14435 Concept definition rule summary:
14437 * [T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics](#Rt-low)
14438 * [T.21: Require a complete set of operations for a concept](#Rt-complete)
14439 * [T.22: Specify axioms for concepts](#Rt-axiom)
14440 * [T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns](#Rt-refine)
14441 * [T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics](#Rt-tag)
14442 * [T.25: Avoid complimentary constraints](#Rt-not)
14443 * [T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax](#Rt-use)
14444 * ???
14446 ## <a name="SS-concept-use"></a>T.con-use: Concept use
14448 ### <a name="Rt-concepts"></a>T.10: Specify concepts for all template arguments
14450 ##### Reason
14452 Correctness and readability.
14453 The assumed meaning (syntax and semantics) of a template argument is fundamental to the interface of a template.
14454 A concept dramatically improves documentation and error handling for the template.
14455 Specifying concepts for template arguments is a powerful design tool.
14457 ##### Example
14459     template<typename Iter, typename Val>
14460     //    requires Input_iterator<Iter>
14461     //             && Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
14462     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
14463     {
14464         // ...
14465     }
14467 or equivalently and more succinctly:
14469     template<Input_iterator Iter, typename Val>
14470     //    requires Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
14471     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
14472     {
14473         // ...
14474     }
14476 ##### Note
14478 "Concepts" are defined in an ISO Technical specification: [concepts](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
14479 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)
14480 Currently (July 2016), concepts are supported only in GCC 6.1.
14481 Consequently, we comment out uses of concepts in examples; that is, we use them as formalized comments only.
14482 If you use GCC 6.1, you can uncomment them:
14484     template<typename Iter, typename Val>
14485         requires Input_iterator<Iter>
14486                && Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
14487     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
14488     {
14489         // ...
14490     }
14492 ##### Note
14494 Plain `typename` (or `auto`) is the least constraining concept.
14495 It should be used only rarely when nothing more than "it's a type" can be assumed.
14496 This is typically only needed when (as part of template metaprogramming code) we manipulate pure expression trees, postponing type checking.
14498 **References**: TC++PL4, Palo Alto TR, Sutton
14500 ##### Enforcement
14502 Flag template type arguments without concepts
14504 ### <a name="Rt-std-concepts"></a>T.11: Whenever possible use standard concepts
14506 ##### Reason
14508  "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)
14509 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.
14511 ##### Note
14513 Unless you are creating a new generic library, most of the concepts you need will already be defined by the standard library.
14515 ##### Example (using TS concepts)
14517     template<typename T>
14518         // don't define this: Sortable is in the GSL
14519     concept Ordered_container = Sequence<T> && Random_access<Iterator<T>> && Ordered<Value_type<T>>;
14521     void sort(Ordered_container& s);
14523 This `Ordered_container` is quite plausible, but it is very similar to the `Sortable` concept in the GSL (and the Range TS).
14524 Is it better? Is it right? Does it accurately reflect the standard's requirements for `sort`?
14525 It is better and simpler just to use `Sortable`:
14527     void sort(Sortable& s);   // better
14529 ##### Note
14531 The set of "standard" concepts is evolving as we approach an ISO standard including concepts.
14533 ##### Note
14535 Designing a useful concept is challenging.
14537 ##### Enforcement
14539 Hard.
14541 * Look for unconstrained arguments, templates that use "unusual"/non-standard concepts, templates that use "homebrew" concepts without axioms.
14542 * Develop a concept-discovery tool (e.g., see [an early experiment](http://www.stroustrup.com/sle2010_webversion.pdf)).
14544 ### <a name="Rt-auto"></a>T.12: Prefer concept names over `auto` for local variables
14546 ##### Reason
14548  `auto` is the weakest concept. Concept names convey more meaning than just `auto`.
14550 ##### Example (using TS concepts)
14552     vector<string> v;
14553     auto& x = v.front();     // bad
14554     String& s = v.begin();   // good (String is a GSL concept)
14556 ##### Enforcement
14558 * ???
14560 ### <a name="Rt-shorthand"></a>T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts
14562 ##### Reason
14564 Readability. Direct expression of an idea.
14566 ##### Example (using TS concepts)
14568 To say "`T` is `Sortable`":
14570     template<typename T>       // Correct but verbose: "The parameter is
14571     //    requires Sortable<T>   // of type T which is the name of a type
14572     void sort(T&);             // that is Sortable"
14574     template<Sortable T>       // Better (assuming support for concepts): "The parameter is of type T
14575     void sort(T&);             // which is Sortable"
14577     void sort(Sortable&);      // Best (assuming support for concepts): "The parameter is Sortable"
14579 The shorter versions better match the way we speak. Note that many templates don't need to use the `template` keyword.
14581 ##### Note
14583 "Concepts" are defined in an ISO Technical specification: [concepts](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
14584 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)
14585 Currently (July 2016), concepts are supported only in GCC 6.1.
14586 Consequently, we comment out uses of concepts in examples; that is, we use them as formalized comments only.
14587 If you use a compiler that supports concepts (e.g., GCC 6.1), you can remove the `//`.
14589 ##### Enforcement
14591 * Not feasible in the short term when people convert from the `<typename T>` and `<class T`> notation.
14592 * Later, flag declarations that first introduces a typename and then constrains it with a simple, single-type-argument concept.
14594 ## <a name="SS-concepts-def"></a>T.concepts.def: Concept definition rules
14596 Defining good concepts is non-trivial.
14597 Concepts are meant to represent fundamental concepts in an application domain (hence the name "concepts").
14598 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
14599 and will not give the full benefits of the mechanism.
14601 Obviously, defining concepts will be most useful for code that can use an implementation (e.g., GCC 6.1),
14602 but defining concepts is in itself a useful design technique and help catch conceptual errors and clean up the concepts (sic!) of an implementation.
14604 ### <a name="Rt-low"></a>T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics
14606 ##### Reason
14608 Concepts are meant to express semantic notions, such as "a number", "a range" of elements, and "totally ordered."
14609 Simple constraints, such as "has a `+` operator" and "has a `>` operator" cannot be meaningfully specified in isolation
14610 and should be used only as building blocks for meaningful concepts, rather than in user code.
14612 ##### Example, bad (using TS concepts)
14614     template<typename T>
14615     concept Addable = has_plus<T>;    // bad; insufficient
14617     template<Addable N> auto algo(const N& a, const N& b) // use two numbers
14618     {
14619         // ...
14620         return a + b;
14621     }
14623     int x = 7;
14624     int y = 9;
14625     auto z = plus(x, y);   // z = 16
14627     string xx = "7";
14628     string yy = "9";
14629     auto zz = plus(xx, yy);   // zz = "79"
14631 Maybe the concatenation was expected. More likely, it was an accident. Defining minus equivalently would give dramatically different sets of accepted types.
14632 This `Addable` violates the mathematical rule that addition is supposed to be commutative: `a+b == b+a`.
14634 ##### Note
14636 The ability to specify a meaningful semantics is a defining characteristic of a true concept, as opposed to a syntactic constraint.
14638 ##### Example (using TS concepts)
14640     template<typename T>
14641     // The operators +, -, *, and / for a number are assumed to follow the usual mathematical rules
14642     concept Number = has_plus<T>
14643                      && has_minus<T>
14644                      && has_multiply<T>
14645                      && has_divide<T>;
14647     template<Number N> auto algo(const N& a, const N& b) // use two numbers
14648     {
14649         // ...
14650         return a + b;
14651     }
14653     int x = 7;
14654     int y = 9;
14655     auto z = plus(x, y);   // z = 18
14657     string xx = "7";
14658     string yy = "9";
14659     auto zz = plus(xx, yy);   // error: string is not a Number
14661 ##### Note
14663 Concepts with multiple operations have far lower chance of accidentally matching a type than a single-operation concept.
14665 ##### Enforcement
14667 * Flag single-operation `concepts` when used outside the definition of other `concepts`.
14668 * Flag uses of `enable_if` that appears to simulate single-operation `concepts`.
14671 ### <a name="RT-operations"></a>T.21: Require a complete set of operations for a concept
14673 ##### Reason
14675 Ease of comprehension.
14676 Improved interoperability.
14677 Helps implementers and maintainers.
14679 ##### Note
14681 This is a specific variant of the general rule that [a concept must make semantic sense](#Rt-low).
14683 ##### Example, bad (using TS concepts)
14685     template<typename T> concept Subtractable = requires(T a, T, b) { a-b; };
14687 This makes no semantic sense.
14688 You need at least `+` to make `-` meaningful and useful.
14690 Examples of complete sets are
14692 * `Arithmetic`: `+`, `-`, `*`, `/`, `+=`, `-=`, `*=`, `/=`
14693 * `Comparable`: `<`, `>`, `<=`, `>=`, `==`, `!=`
14695 ##### Note
14697 This rule applies whether we use direct language support for concepts or not.
14698 It is a general design rule that even applies to non-templates:
14700     class Minimal {
14701         // ...
14702     };
14704     bool operator==(const Minimal&, const Minimal&);
14705     bool operator<(const Minimal&, const Minimal&);
14707     Minimal operator+(const Minimal&, const Minimal&);
14708     // no other operators
14710     void f(const Minimal& x, const Minimal& y)
14711     {
14712         if (!(x == y) { /* ... */ }     // OK
14713         if (x != y) { /* ... */ }       // surprise! error
14715         while (!(x < y)) { /* ... */ }  // OK
14716         while (x >= y) { /* ... */ }    // surprise! error
14718         x = x + y;        // OK
14719         x += y;             // surprise! error
14720     }
14722 This is minimal, but surprising and constraining for users.
14723 It could even be less efficient.
14725 The rule supports the view that a concept should reflect a (mathematically) coherent set of operations.
14727 ##### Example
14729     class Convenient {
14730         // ...
14731     };
14733     bool operator==(const Convenient&, const Convenient&);
14734     bool operator<(const Convenient&, const Convenient&);
14735     // ... and the other comparison operators ...
14737     Minimal operator+(const Convenient&, const Convenient&);
14738     // .. and the other arithmetic operators ...
14740     void f(const Convenient& x, const Convenient& y)
14741     {
14742         if (!(x == y) { /* ... */ }     // OK
14743         if (x != y) { /* ... */ }       // OK
14745         while (!(x < y)) { /* ... */ }  // OK
14746         while (x >= y) { /* ... */ }    // OK
14748         x = x + y;     // OK
14749         x += y;      // OK
14750     }
14752 It can be a nuisance to define all operators, but not hard.
14753 Ideally, that rule should be language supported by giving you comparison operators by default.
14755 ##### Enforcement
14757 * Flag classes the support "odd" subsets of a set of operators, e.g., `==` but not `!=` or `+` but not `-`.
14758   Yes, `std::string` is "odd", but it's too late to change that.
14761 ### <a name="Rt-axiom"></a>T.22: Specify axioms for concepts
14763 ##### Reason
14765 A meaningful/useful concept has a semantic meaning.
14766 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.
14767 Specifying semantics is a powerful design tool.
14769 ##### Example (using TS concepts)
14771     template<typename T>
14772         // The operators +, -, *, and / for a number are assumed to follow the usual mathematical rules
14773         // axiom(T a, T b) { a + b == b + a; a - a == 0; a * (b + c) == a * b + a * c; /*...*/ }
14774         concept Number = requires(T a, T b) {
14775             {a + b} -> T;   // the result of a + b is convertible to T
14776             {a - b} -> T;
14777             {a * b} -> T;
14778             {a / b} -> T;
14779         }
14781 ##### Note
14783 This is an axiom in the mathematical sense: something that may be assumed without proof.
14784 In general, axioms are not provable, and when they are the proof is often beyond the capability of a compiler.
14785 An axiom may not be general, but the template writer may assume that it holds for all inputs actually used (similar to a precondition).
14787 ##### Note
14789 In this context axioms are Boolean expressions.
14790 See the [Palo Alto TR](#S-references) for examples.
14791 Currently, C++ does not support axioms (even the ISO Concepts TS), so we have to make do with comments for a longish while.
14792 Once language support is available, the `//` in front of the axiom can be removed
14794 ##### Note
14796 The GSL concepts have well defined semantics; see the Palo Alto TR and the Ranges TS.
14798 ##### Exception (using TS concepts)
14800 Early versions of a new "concept" still under development will often just define simple sets of constraints without a well-specified semantics.
14801 Finding good semantics can take effort and time.
14802 An incomplete set of constraints can still be very useful:
14804     // balancer for a generic binary tree
14805     template<typename Node> concept bool Balancer = requires(Node* p) {
14806         add_fixup(p);
14807         touch(p);
14808         detach(p);
14809     }
14811 So a `Balancer` must supply at least thee operations on a tree `Node`,
14812 but we are not yet ready to specify detailed semantics because a new kind of balanced tree might require more operations
14813 and the precise general semantics for all nodes is hard to pin down in the early stages of design.
14815 A "concept" that is incomplete or without a well-specified semantics can still be useful.
14816 For example, it allows for some checking during initial experimentation.
14817 However, it should not be assumed to be stable.
14818 Each new use case may require such an incomplete concepts to be improved.
14820 ##### Enforcement
14822 * Look for the word "axiom" in concept definition comments
14824 ### <a name="Rt-refine"></a>T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns.
14826 ##### Reason
14828 Otherwise they cannot be distinguished automatically by the compiler.
14830 ##### Example (using TS concepts)
14832     template<typename I>
14833     concept bool Input_iter = requires(I iter) { ++iter; };
14835     template<typename I>
14836     concept bool Fwd_iter = Input_iter<I> && requires(I iter) { iter++; }
14838 The compiler can determine refinement based on the sets of required operations (here, suffix `++`).
14839 This decreases the burden on implementers of these types since
14840 they do not need any special declarations to "hook into the concept".
14841 If two concepts have exactly the same requirements, they are logically equivalent (there is no refinement).
14843 ##### Enforcement
14845 * Flag a concept that has exactly the same requirements as another already-seen concept (neither is more refined).
14846 To disambiguate them, see [T.24](#Rt-tag).
14848 ### <a name="Rt-tag"></a>T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics.
14850 ##### Reason
14852 Two concepts requiring the same syntax but having different semantics leads to ambiguity unless the programmer differentiates them.
14854 ##### Example (using TS concepts)
14856     template<typename I>    // iterator providing random access
14857     concept bool RA_iter = ...;
14859     template<typename I>    // iterator providing random access to contiguous data
14860     concept bool Contiguous_iter =
14861         RA_iter<I> && is_contiguous<I>::value;  // using is_contiguous trait
14863 The programmer (in a library) must define `is_contiguous` (a trait) appropriately.
14865 Wrapping a tag class into a concept leads to a simpler expression of this idea:
14867     template<typename I> concept Contiguous = is_contiguous<I>::value;
14869     template<typename I>
14870     concept bool Contiguous_iter = RA_iter<I> && Contiguous<I>;
14872 The programmer (in a library) must define `is_contiguous` (a trait) appropriately.
14874 ##### Note
14876 Traits can be trait classes or type traits.
14877 These can be user-defined or standard-library ones.
14878 Prefer the standard-library ones.
14880 ##### Enforcement
14882 * The compiler flags ambiguous use of identical concepts.
14883 * Flag the definition of identical concepts.
14885 ### <a name="Rt-not"></a>T.25: Avoid complementary constraints
14887 ##### Reason
14889 Clarity. Maintainability.
14890 Functions with complementary requirements expressed using negation are brittle.
14892 ##### Example (using TS concepts)
14894 Initially, people will try to define functions with complementary requirements:
14896     template<typename T>
14897         requires !C<T>    // bad
14898     void f();
14900     template<typename T>
14901         requires C<T>
14902     void f();
14904 This is better:
14906     template<typename T>   // general template
14907         void f();
14909     template<typename T>   // specialization by concept
14910         requires C<T>
14911     void f();
14913 The compiler will choose the unconstrained template only when `C<T>` is
14914 unsatisfied. If you do not want to (or cannot) define an unconstrained
14915 version of `f()`, then delete it.
14917     template<typename T>
14918     void f() = delete;
14920 The compiler will select the overload and emit an appropriate error.
14922 ##### Note
14924 Complementary constraints are unfortunately common in `enable_if` code:
14926     template<typename T>
14927     enable_if<!C<T>, void>   // bad
14928     f();
14930     template<typename T>
14931     enable_if<C<T>, void>
14932     f();
14935 ##### Note
14937 Complementary requirements on one requirements is sometimes (wrongly) considered manageable.
14938 However, for two or more requirements the number of definitions needs can go up exponentially (2,4,9,16,...):
14940     C1<T> && C2<T>
14941     !C1<T> && C2<T>
14942     C1<T> && !C2<T>
14943     !C1<T> && !C2<T>
14945 Now the opportunities for errors multiply.
14947 ##### Enforcement
14949 * Flag pairs of functions with `C<T>` and `!C<T>` constraints
14951 ### <a name="Rt-use"></a>T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax
14953 ##### Reason
14955 The definition is more readable and corresponds directly to what a user has to write.
14956 Conversions are taken into account. You don't have to remember the names of all the type traits.
14958 ##### Example (using TS concepts)
14960 You might be tempted to define a concept `Equality` like this:
14962     template<typename T> concept Equality = has_equal<T> && has_not_equal<T>;
14964 Obviously, it would be better and easier just to use the standard `EqualityComparable`,
14965 but - just as an example - if you had to define such a concept, prefer:
14967     template<typename T> concept Equality = requires(T a, T b) {
14968         bool == { a == b }
14969         bool == { a != b }
14970         // axiom { !(a == b) == (a != b) }
14971         // axiom { a = b; => a == b }  // => means "implies"
14972     }
14974 as opposed to defining two meaningless concepts `has_equal` and `has_not_equal` just as helpers in the definition of `Equality`.
14975 By "meaningless" we mean that we cannot specify the semantics of `has_equal` in isolation.
14977 ##### Enforcement
14981 ## <a name="SS-temp-interface"></a>Template interfaces
14983 Over the years, programming with templates have suffered from a weak distinction between the interface of a template
14984 and its implementation.
14985 Before concepts, that distinction had no direct language support.
14986 However, the interface to a template is a critical concept - a contract between a user and an implementer - and should be carefully designed.
14988 ### <a name="Rt-fo"></a>T.40: Use function objects to pass operations to algorithms
14990 ##### Reason
14992 Function objects can carry more information through an interface than a "plain" pointer to function.
14993 In general, passing function objects gives better performance than passing pointers to functions.
14995 ##### Example (using TS concepts)
14997     bool greater(double x, double y) { return x > y; }
14998     sort(v, greater);                                    // pointer to function: potentially slow
14999     sort(v, [](double x, double y) { return x > y; });   // function object
15000     sort(v, std::greater<>);                             // function object
15002     bool greater_than_7(double x) { return x > 7; }
15003     auto x = find_if(v, greater_than_7);                 // pointer to function: inflexible
15004     auto y = find_if(v, [](double x) { return x > 7; }); // function object: carries the needed data
15005     auto z = find_if(v, Greater_than<double>(7));        // function object: carries the needed data
15007 You can, of course, generalize those functions using `auto` or (when and where available) concepts. For example:
15009     auto y1 = find_if(v, [](Ordered x) { return x > 7; }); // require an ordered type
15010     auto z1 = find_if(v, [](auto x) { return x > 7; });    // hope that the type has a >
15012 ##### Note
15014 Lambdas generate function objects.
15016 ##### Note
15018 The performance argument depends on compiler and optimizer technology.
15020 ##### Enforcement
15022 * Flag pointer to function template arguments.
15023 * Flag pointers to functions passed as arguments to a template (risk of false positives).
15026 ### <a name="Rt-essential"></a>T.41: Require only essential properties in a template's concepts
15028 ##### Reason
15030 Keep interfaces simple and stable.
15032 ##### Example (using TS concepts)
15034 Consider, a `sort` instrumented with (oversimplified) simple debug support:
15036     void sort(Sortable& s)  // sort sequence s
15037     {
15038         if (debug) cerr << "enter sort( " << s <<  ")\n";
15039         // ...
15040         if (debug) cerr << "exit sort( " << s <<  ")\n";
15041     }
15043 Should this be rewritten to:
15045     template<Sortable S>
15046         requires Streamable<S>
15047     void sort(S& s)  // sort sequence s
15048     {
15049         if (debug) cerr << "enter sort( " << s <<  ")\n";
15050         // ...
15051         if (debug) cerr << "exit sort( " << s <<  ")\n";
15052     }
15054 After all, there is nothing in `Sortable` that requires `iostream` support.
15055 On the other hand, there is nothing in the fundamental idea of sorting that says anything about debugging.
15057 ##### Note
15059 If we require every operation used to be listed among the requirements, the interface becomes unstable:
15060 Every time we change the debug facilities, the usage data gathering, testing support, error reporting, etc.
15061 The definition of the template would need change and every use of the template would have to be recompiled.
15062 This is cumbersome, and in some environments infeasible.
15064 Conversely, if we use an operation in the implementation that is not guaranteed by concept checking,
15065 we may get a late compile-time error.
15067 By not using concept checking for properties of a template argument that is not considered essential,
15068 we delay checking until instantiation time.
15069 We consider this a worthwhile tradeoff.
15071 Note that using non-local, non-dependent names (such as `debug` and `cerr`) also introduces context dependencies that may lead to "mysterious" errors.
15073 ##### Note
15075 It can be hard to decide which properties of a type is essential and which are not.
15077 ##### Enforcement
15081 ### <a name="Rt-alias"></a>T.42: Use template aliases to simplify notation and hide implementation details
15083 ##### Reason
15085 Improved readability.
15086 Implementation hiding.
15087 Note that template aliases replace many uses of traits to compute a type.
15088 They can also be used to wrap a trait.
15090 ##### Example
15092     template<typename T, size_t N>
15093     class Matrix {
15094         // ...
15095         using Iterator = typename std::vector<T>::iterator;
15096         // ...
15097     };
15099 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>::`.
15101 ##### Example
15103     template<typename T>
15104     void user(T& c)
15105     {
15106         // ...
15107         typename container_traits<T>::value_type x; // bad, verbose
15108         // ...
15109     }
15111     template<typename T>
15112     using Value_type = typename container_traits<T>::value_type;
15115 This saves the user of `Value_type` from having to know the technique used to implement `value_type`s.
15117     template<typename T>
15118     void user2(T& c)
15119     {
15120         // ...
15121         Value_type<T> x;
15122         // ...
15123     }
15125 ##### Note
15127 A simple, common use could be expressed: "Wrap traits!"
15129 ##### Enforcement
15131 * Flag use of `typename` as a disambiguator outside `using` declarations.
15132 * ???
15134 ### <a name="Rt-using"></a>T.43: Prefer `using` over `typedef` for defining aliases
15136 ##### Reason
15138 Improved readability: With `using`, the new name comes first rather than being embedded somewhere in a declaration.
15139 Generality: `using` can be used for template aliases, whereas `typedef`s can't easily be templates.
15140 Uniformity: `using` is syntactically similar to `auto`.
15142 ##### Example
15144     typedef int (*PFI)(int);   // OK, but convoluted
15146     using PFI2 = int (*)(int);   // OK, preferred
15148     template<typename T>
15149     typedef int (*PFT)(T);      // error
15151     template<typename T>
15152     using PFT2 = int (*)(T);   // OK
15154 ##### Enforcement
15156 * Flag uses of `typedef`. This will give a lot of "hits" :-(
15158 ### <a name="Rt-deduce"></a>T.44: Use function templates to deduce class template argument types (where feasible)
15160 ##### Reason
15162 Writing the template argument types explicitly can be tedious and unnecessarily verbose.
15164 ##### Example
15166     tuple<int, string, double> t1 = {1, "Hamlet", 3.14};   // explicit type
15167     auto t2 = make_tuple(1, "Ophelia"s, 3.14);         // better; deduced type
15169 Note the use of the `s` suffix to ensure that the string is a `std::string`, rather than a C-style string.
15171 ##### Note
15173 Since you can trivially write a `make_T` function, so could the compiler. Thus, `make_T` functions may become redundant in the future.
15175 ##### Exception
15177 Sometimes there isn't a good way of getting the template arguments deduced and sometimes, you want to specify the arguments explicitly:
15179     vector<double> v = { 1, 2, 3, 7.9, 15.99 };
15180     list<Record*> lst;
15182 ##### Note
15184 Note that C++17 will make this rule redundant by allowing the template arguments to be deduced directly from constructor arguments:
15185 [Template parameter deduction for constructors (Rev. 3)](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0091r1.html).
15186 For example:
15188     tuple t1 = {1, "Hamlet"s, 3.14}; // deduced: tuple<int, string, double>
15190 ##### Enforcement
15192 Flag uses where an explicitly specialized type exactly matches the types of the arguments used.
15194 ### <a name="Rt-regular"></a>T.46: Require template arguments to be at least `Regular` or `SemiRegular`
15196 ##### Reason
15198  Readability.
15199  Preventing surprises and errors.
15200  Most uses support that anyway.
15202 ##### Example
15204     class X {
15205             // ...
15206     public:
15207         explicit X(int);
15208         X(const X&);            // copy
15209         X operator=(const X&);
15210         X(X&&);                 // move
15211         X& operator=(X&&);
15212         ~X();
15213         // ... no more constructors ...
15214     };
15216     X x {1};    // fine
15217     X y = x;      // fine
15218     std::vector<X> v(10); // error: no default constructor
15220 ##### Note
15222 Semiregular requires default constructible.
15224 ##### Enforcement
15226 * Flag types that are not at least `SemiRegular`.
15228 ### <a name="Rt-visible"></a>T.47: Avoid highly visible unconstrained templates with common names
15230 ##### Reason
15232  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.
15233  This is particularly annoying/dangerous when ADL is used.
15234  Common names make this problem more likely.
15236 ##### Example
15238     namespace Bad {
15239         struct S { int m; };
15240         template<typename T1, typename T2>
15241         bool operator==(T1, T2) { cout << "Bad\n"; return true; }
15242     }
15244     namespace T0 {
15245         bool operator==(int, Bad::S) { cout << "T0\n"; return true; }  // compare to int
15247         void test()
15248         {
15249             Bad::S bad{ 1 };
15250             vector<int> v(10);
15251             bool b = 1 == bad;
15252             bool b2 = v.size() == bad;
15253         }
15254     }
15256 This prints `T0` and `Bad`.
15258 Now the `==` in `Bad` was designed to cause trouble, but would you have spotted the problem in real code?
15259 The problem is that `v.size()` returns an `unsigned` integer so that a conversion is needed to call the local `==`;
15260 the `==` in `Bad` requires no conversions.
15261 Realistic types, such as the standard library iterators can be made to exhibit similar anti-social tendencies.
15263 ##### Note
15265 If an unconstrained template is defined in the same namespace as a type,
15266 that unconstrained template can be found by ADL (as happened in the example).
15267 That is, it is highly visible.
15269 ##### Note
15271 This rule should not be necessary, but the committee cannot agree to exclude unconstrained templated from ADL.
15273 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`.
15276 ##### Enforcement
15278 Flag templates defined in a namespace where concrete types are also defined (maybe not feasible until we have concepts).
15281 ### <a name="Rt-concept-def"></a>T.48: If your compiler does not support concepts, fake them with `enable_if`
15283 ##### Reason
15285 Because that's the best we can do without direct concept support.
15286 `enable_if` can be used to conditionally define functions and to select among a set of functions.
15288 ##### Example
15290     enable_if<???>
15292 ##### Note
15294 Beware of [complementary constraints](# T.25).
15295 Faking concept overloading using `enable_if` sometimes forces us to use that error-prone design technique.
15297 ##### Enforcement
15301 ### <a name="Rt-erasure"></a>T.49: Where possible, avoid type-erasure
15303 ##### Reason
15305 Type erasure incurs an extra level of indirection by hiding type information behind a separate compilation boundary.
15307 ##### Example
15309     ???
15311 **Exceptions**: Type erasure is sometimes appropriate, such as for `std::function`.
15313 ##### Enforcement
15318 ##### Note
15321 ## <a name="SS-temp-def"></a>T.def: Template definitions
15323 A template definition (class or function) can contain arbitrary code, so only a comprehensive review of C++ programming techniques would cover this topic.
15324 However, this section focuses on what is specific to template implementation.
15325 In particular, it focuses on a template definition's dependence on its context.
15327 ### <a name="Rt-depend"></a>T.60: Minimize a template's context dependencies
15329 ##### Reason
15331 Eases understanding.
15332 Minimizes errors from unexpected dependencies.
15333 Eases tool creation.
15335 ##### Example
15337     template<typename C>
15338     void sort(C& c)
15339     {
15340         std::sort(begin(c), end(c)); // necessary and useful dependency
15341     }
15343     template<typename Iter>
15344     Iter algo(Iter first, Iter last) {
15345         for (; first != last; ++first) {
15346             auto x = sqrt(*first); // potentially surprising dependency: which sqrt()?
15347             helper(first, x);      // potentially surprising dependency:
15348                                    // helper is chosen based on first and x
15349             TT var = 7;            // potentially surprising dependency: which TT?
15350         }
15351     }
15353 ##### Note
15355 Templates typically appear in header files so their context dependencies are more vulnerable to `#include` order dependencies than functions in `.cpp` files.
15357 ##### Note
15359 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.
15360 For example, an algorithm usually uses other algorithms and invoke operations that does not exclusively operate on arguments.
15361 And don't get us started on macros!
15362 See also [T.69](#Rt-customization)
15364 ##### Enforcement
15366 ??? Tricky
15368 ### <a name="Rt-scary"></a>T.61: Do not over-parameterize members (SCARY)
15370 ##### Reason
15372 A member that does not depend on a template parameter cannot be used except for a specific template argument.
15373 This limits use and typically increases code size.
15375 ##### Example, bad
15377     template<typename T, typename A = std::allocator{}>
15378         // requires Regular<T> && Allocator<A>
15379     class List {
15380     public:
15381         struct Link {   // does not depend on A
15382             T elem;
15383             T* pre;
15384             T* suc;
15385         };
15387         using iterator = Link*;
15389         iterator first() const { return head; }
15391         // ...
15392     private:
15393         Link* head;
15394     };
15396     List<int> lst1;
15397     List<int, My_allocator> lst2;
15399     ???
15401 This looks innocent enough, but ???
15403     template<typename T>
15404     struct Link {
15405         T elem;
15406         T* pre;
15407         T* suc;
15408     };
15410     template<typename T, typename A = std::allocator{}>
15411         // requires Regular<T> && Allocator<A>
15412     class List2 {
15413     public:
15414         using iterator = Link<T>*;
15416         iterator first() const { return head; }
15418         // ...
15419     private:
15420         Link* head;
15421     };
15423     List<int> lst1;
15424     List<int, My_allocator> lst2;
15426     ???
15428 ##### Enforcement
15430 * Flag member types that do not depend on every template argument
15431 * Flag member functions that do not depend on every template argument
15433 ### <a name="Rt-nondependent"></a>T.62: Place non-dependent class template members in a non-templated base class
15435 ##### Reason
15437  Allow the base class members to be used without specifying template arguments and without template instantiation.
15439 ##### Example
15441     template<typename T>
15442     class Foo {
15443     public:
15444         enum { v1, v2 };
15445         // ...
15446     };
15450     struct Foo_base {
15451         enum { v1, v2 };
15452         // ...
15453     };
15455     template<typename T>
15456     class Foo : public Foo_base {
15457     public:
15458         // ...
15459     };
15461 ##### Note
15463 A more general version of this rule would be
15464 "If a template class member depends on only N template parameters out of M, place it in a base class with only N parameters."
15465 For N == 1, we have a choice of a base class of a class in the surrounding scope as in [T.61](#Rt-scary).
15467 ??? What about constants? class statics?
15469 ##### Enforcement
15471 * Flag ???
15473 ### <a name="Rt-specialization"></a>T.64: Use specialization to provide alternative implementations of class templates
15475 ##### Reason
15477 A template defines a general interface.
15478 Specialization offers a powerful mechanism for providing alternative implementations of that interface.
15480 ##### Example
15482     ??? string specialization (==)
15484     ??? representation specialization ?
15486 ##### Note
15490 ##### Enforcement
15494 ### <a name="Rt-tag-dispatch"></a>T.65: Use tag dispatch to provide alternative implementations of a function
15496 ##### Reason
15498 * A template defines a general interface.
15499 * Tag dispatch allows us to select implementations based on specific properties of an argument type.
15500 * Performance.
15502 ##### Example
15504 This is a simplified version of `std::copy` (ignoring the possibility of non-contiguous sequences)
15506     struct pod_tag {};
15507     struct non_pod_tag {};
15509     template<class T> struct copy_trait { using tag = non_pod_tag; };   // T is not "plain old data"
15511     template<> struct copy_trait<int> { using tag = pod_tag; };         // int is "plain old data"
15513     template<class Iter>
15514     Out copy_helper(Iter first, Iter last, Iter out, pod_tag)
15515     {
15516         // use memmove
15517     }
15519     template<class Iter>
15520     Out copy_helper(Iter first, Iter last, Iter out, non_pod_tag)
15521     {
15522         // use loop calling copy constructors
15523     }
15525     template<class Itert>
15526     Out copy(Iter first, Iter last, Iter out)
15527     {
15528         return copy_helper(first, last, out, typename copy_trait<Iter>::tag{})
15529     }
15531     void use(vector<int>& vi, vector<int>& vi2, vector<string>& vs, vector<string>& vs2)
15532     {
15533         copy(vi.begin(), vi.end(), vi2.begin()); // uses memmove
15534         copy(vs.begin(), vs.end(), vs2.begin()); // uses a loop calling copy constructors
15535     }
15537 This is a general and powerful technique for compile-time algorithm selection.
15539 ##### Note
15541 When `concept`s become widely available such alternatives can be distinguished directly:
15543     template<class Iter>
15544         requires Pod<Value_type<iter>>
15545     Out copy_helper(In, first, In last, Out out)
15546     {
15547         // use memmove
15548     }
15550     template<class Iter>
15551     Out copy_helper(In, first, In last, Out out)
15552     {
15553         // use loop calling copy constructors
15554     }
15556 ##### Enforcement
15561 ### <a name="Rt-specialization2"></a>T.67: Use specialization to provide alternative implementations for irregular types
15563 ##### Reason
15565  ???
15567 ##### Example
15569     ???
15571 ##### Enforcement
15575 ### <a name="Rt-cast"></a>T.68: Use `{}` rather than `()` within templates to avoid ambiguities
15577 ##### Reason
15579  `()` is vulnerable to grammar ambiguities.
15581 ##### Example
15583     template<typename T, typename U>
15584     void f(T t, U u)
15585     {
15586         T v1(x);    // is v1 a function of a variable?
15587         T v2 {x};   // variable
15588         auto x = T(u);  // construction or cast?
15589     }
15591     f(1, "asdf"); // bad: cast from const char* to int
15593 ##### Enforcement
15595 * flag `()` initializers
15596 * flag function-style casts
15599 ### <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
15601 ##### Reason
15603 * Provide only intended flexibility.
15604 * Avoid vulnerability to accidental environmental changes.
15606 ##### Example
15608 There are three major ways to let calling code customize a template.
15610     template<class T>
15611         // Call a member function
15612     void test1(T t)
15613     {
15614         t.f();    // require T to provide f()
15615     }
15617     template<class T>
15618     void test2(T t)
15619         // Call a nonmember function without qualification
15620     {
15621         f(t);  // require f(/*T*/) be available in caller's scope or in T's namespace
15622     }
15624     template<class T>
15625     void test3(T t)
15626         // Invoke a "trait"
15627     {
15628         test_traits<T>::f(t); // require customizing test_traits<>
15629                               // to get non-default functions/types
15630     }
15632 A trait is usually a type alias to compute a type,
15633 a `constexpr` function to compute a value,
15634 or a traditional traits template to be specialized on the user's type.
15636 ##### Note
15638 If you intend to call your own helper function `helper(t)` with a value `t` that depends on a template type parameter,
15639 put it in a `::detail` namespace and qualify the call as `detail::helper(t);`.
15640 An unqualified call becomes a customization point where any function `helper` in the namespace of `t`'s type can be invoked;
15641 this can cause problems like [unintentionally invoking unconstrained function templates](#Rt-unconstrained-adl).
15644 ##### Enforcement
15646 * 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.
15649 ## <a name="SS-temp-hier"></a>T.temp-hier: Template and hierarchy rules:
15651 Templates are the backbone of C++'s support for generic programming and class hierarchies the backbone of its support
15652 for object-oriented programming.
15653 The two language mechanisms can be used effectively in combination, but a few design pitfalls must be avoided.
15655 ### <a name="Rt-hier"></a>T.80: Do not naively templatize a class hierarchy
15657 ##### Reason
15659 Templating a class hierarchy that has many functions, especially many virtual functions, can lead to code bloat.
15661 ##### Example, bad
15663     template<typename T>
15664     struct Container {         // an interface
15665         virtual T* get(int i);
15666         virtual T* first();
15667         virtual T* next();
15668         virtual void sort();
15669     };
15671     template<typename T>
15672     class Vector : public Container<T> {
15673     public:
15674         // ...
15675     };
15677     vector<int> vi;
15678     vector<string> vs;
15680 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.
15682 Given this, the compiler cannot know if `vector<int>::sort()` is called, so it must generate code for it.
15683 Similar for `vector<string>::sort()`.
15684 Unless those two functions are called that's code bloat.
15685 Imagine what this would do to a class hierarchy with dozens of member functions and dozens of derived classes with many instantiations.
15687 ##### Note
15689 In many cases you can provide a stable interface by not parameterizing a base;
15690 see ["stable base"](#Rt-abi) and [OO and GP](#Rt-generic-oo)
15692 ##### Enforcement
15694 * Flag virtual functions that depend on a template argument. ??? False positives
15696 ### <a name="Rt-array"></a>T.81: Do not mix hierarchies and arrays
15698 ##### Reason
15700 An array of derived classes can implicitly "decay" to a pointer to a base class with potential disastrous results.
15702 ##### Example
15704 Assume that `Apple` and `Pear` are two kinds of `Fruit`s.
15706     void maul(Fruit* p)
15707     {
15708         *p = Pear{};     // put a Pear into *p
15709         p[1] = Pear{};   // put a Pear into p[2]
15710     }
15712     Apple aa [] = { an_apple, another_apple };   // aa contains Apples (obviously!)
15714     maul(aa);
15715     Apple& a0 = &aa[0];   // a Pear?
15716     Apple& a1 = &aa[1];   // a Pear?
15718 Probably, `aa[0]` will be a `Pear` (without the use of a cast!).
15719 If `sizeof(Apple) != sizeof(Pear)` the access to `aa[1]` will not be aligned to the proper start of an object in the array.
15720 We have a type violation and possibly (probably) a memory corruption.
15721 Never write such code.
15723 Note that `maul()` violates the a `T*` points to an individual object [Rule](#???).
15725 **Alternative**: Use a proper (templatized) container:
15727     void maul2(Fruit* p)
15728     {
15729         *p = Pear{};   // put a Pear into *p
15730     }
15732     vector<Apple> va = { an_apple, another_apple };   // va contains Apples (obviously!)
15734     maul2(va);       // error: cannot convert a vector<Apple> to a Fruit*
15735     maul2(&va[0]);   // you asked for it
15737     Apple& a0 = &va[0];   // a Pear?
15739 Note that the assignment in `maul2()` violated the no-slicing [Rule](#???).
15741 ##### Enforcement
15743 * Detect this horror!
15745 ### <a name="Rt-linear"></a>T.82: Linearize a hierarchy when virtual functions are undesirable
15747 ##### Reason
15749  ???
15751 ##### Example
15753     ???
15755 ##### Enforcement
15759 ### <a name="Rt-virtual"></a>T.83: Do not declare a member function template virtual
15761 ##### Reason
15763 C++ does not support that.
15764 If it did, vtbls could not be generated until link time.
15765 And in general, implementations must deal with dynamic linking.
15767 ##### Example, don't
15769     class Shape {
15770         // ...
15771         template<class T>
15772         virtual bool intersect(T* p);   // error: template cannot be virtual
15773     };
15775 ##### Note
15777 We need a rule because people keep asking about this
15779 ##### Alternative
15781 Double dispatch, visitors, calculate which function to call
15783 ##### Enforcement
15785 The compiler handles that.
15787 ### <a name="Rt-abi"></a>T.84: Use a non-template core implementation to provide an ABI-stable interface
15789 ##### Reason
15791 Improve stability of code.
15792 Avoid code bloat.
15794 ##### Example
15796 It could be a base class:
15798     struct Link_base {   // stable
15799         Link* suc;
15800         Link* pre;
15801     };
15803     template<typename T>   // templated wrapper to add type safety
15804     struct Link : Link_base {
15805         T val;
15806     };
15808     struct List_base {
15809         Link_base* first;   // first element (if any)
15810         int sz;             // number of elements
15811         void add_front(Link_base* p);
15812         // ...
15813     };
15815     template<typename T>
15816     class List : List_base {
15817     public:
15818         void put_front(const T& e) { add_front(new Link<T>{e}); }   // implicit cast to Link_base
15819         T& front() { static_cast<Link<T>*>(first).val; }   // explicit cast back to Link<T>
15820         // ...
15821     };
15823     List<int> li;
15824     List<string> ls;
15826 Now there is only one copy of the operations linking and unlinking elements of a `List`.
15827 The `Link` and `List` classes do nothing but type manipulation.
15829 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.
15831 **Alternative**: Use a [PIMPL](#???) implementation.
15833 ##### Enforcement
15837 ## <a name="SS-variadic"></a>T.var: Variadic template rules
15841 ### <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
15843 ##### Reason
15845 Variadic templates is the most general mechanism for that, and is both efficient and type-safe. Don't use C varargs.
15847 ##### Example
15849     ??? printf
15851 ##### Enforcement
15853 * Flag uses of `va_arg` in user code.
15855 ### <a name="Rt-variadic-pass"></a>T.101: ??? How to pass arguments to a variadic template ???
15857 ##### Reason
15859  ???
15861 ##### Example
15863     ??? beware of move-only and reference arguments
15865 ##### Enforcement
15869 ### <a name="Rt-variadic-process"></a>T.102: How to process arguments to a variadic template
15871 ##### Reason
15873  ???
15875 ##### Example
15877     ??? forwarding, type checking, references
15879 ##### Enforcement
15883 ### <a name="Rt-variadic-not"></a>T.103: Don't use variadic templates for homogeneous argument lists
15885 ##### Reason
15887 There are more precise ways of specifying a homogeneous sequence, such as an `initializer_list`.
15889 ##### Example
15891     ???
15893 ##### Enforcement
15897 ## <a name="SS-meta"></a>T.meta: Template metaprogramming (TMP)
15899 Templates provide a general mechanism for compile-time programming.
15901 Metaprogramming is programming where at least one input or one result is a type.
15902 Templates offer Turing-complete (modulo memory capacity) duck typing at compile time.
15903 The syntax and techniques needed are pretty horrendous.
15905 ### <a name="Rt-metameta"></a>T.120: Use template metaprogramming only when you really need to
15907 ##### Reason
15909 Template metaprogramming is hard to get right, slows down compilation, and is often very hard to maintain.
15910 However, there are real-world examples where template metaprogramming provides better performance that any alternative short of expert-level assembly code.
15911 Also, there are real-world examples where template metaprogramming expresses the fundamental ideas better than run-time code.
15912 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++.
15914 ##### Example, bad
15916     ???
15918 ##### Example, bad
15920     enable_if
15922 Instead, use concepts. But see [How to emulate concepts if you don't have language support](#Rt-emulate).
15924 ##### Example
15926     ??? good
15928 **Alternative**: If the result is a value, rather than a type, use a [`constexpr` function](#Rt-fct).
15930 ##### Note
15932 If you feel the need to hide your template metaprogramming in macros, you have probably gone too far.
15934 ### <a name="Rt-emulate"></a>T.121: Use template metaprogramming primarily to emulate concepts
15936 ##### Reason
15938 Until concepts become generally available, we need to emulate them using TMP.
15939 Use cases that require concepts (e.g. overloading based on concepts) are among the most common (and simple) uses of TMP.
15941 ##### Example
15943     template<typename Iter>
15944         /*requires*/ enable_if<random_access_iterator<Iter>, void>
15945     advance(Iter p, int n) { p += n; }
15947     template<typename Iter>
15948         /*requires*/ enable_if<forward_iterator<Iter>, void>
15949     advance(Iter p, int n) { assert(n >= 0); while (n--) ++p;}
15951 ##### Note
15953 Such code is much simpler using concepts:
15955     void advance(RandomAccessIterator p, int n) { p += n; }
15957     void advance(ForwardIterator p, int n) { assert(n >= 0); while (n--) ++p;}
15959 ##### Enforcement
15963 ### <a name="Rt-tmp"></a>T.122: Use templates (usually template aliases) to compute types at compile time
15965 ##### Reason
15967 Template metaprogramming is the only directly supported and half-way principled way of generating types at compile time.
15969 ##### Note
15971 "Traits" techniques are mostly replaced by template aliases to compute types and `constexpr` functions to compute values.
15973 ##### Example
15975     ??? big object / small object optimization
15977 ##### Enforcement
15981 ### <a name="Rt-fct"></a>T.123: Use `constexpr` functions to compute values at compile time
15983 ##### Reason
15985 A function is the most obvious and conventional way of expressing the computation of a value.
15986 Often a `constexpr` function implies less compile-time overhead than alternatives.
15988 ##### Note
15990 "Traits" techniques are mostly replaced by template aliases to compute types and `constexpr` functions to compute values.
15992 ##### Example
15994     template<typename T>
15995         // requires Number<T>
15996     constexpr T pow(T v, int n)   // power/exponential
15997     {
15998         T res = 1;
15999         while (n--) res *= v;
16000         return res;
16001     }
16003     constexpr auto f7 = pow(pi, 7);
16005 ##### Enforcement
16007 * Flag template metaprograms yielding a value. These should be replaced with `constexpr` functions.
16009 ### <a name="Rt-std-tmp"></a>T.124: Prefer to use standard-library TMP facilities
16011 ##### Reason
16013 Facilities defined in the standard, such as `conditional`, `enable_if`, and `tuple`, are portable and can be assumed to be known.
16015 ##### Example
16017     ???
16019 ##### Enforcement
16023 ### <a name="Rt-lib"></a>T.125: If you need to go beyond the standard-library TMP facilities, use an existing library
16025 ##### Reason
16027 Getting advanced TMP facilities is not easy and using a library makes you part of a (hopefully supportive) community.
16028 Write your own "advanced TMP support" only if you really have to.
16030 ##### Example
16032     ???
16034 ##### Enforcement
16038 ## <a name="SS-temp-other"></a>Other template rules
16040 ### <a name="Rt-name"></a>T.140: Name all operations with potential for reuse
16042 ##### Reason
16044 Documentation, readability, opportunity for reuse.
16046 ##### Example
16048     struct Rec {
16049         string name;
16050         string addr;
16051         int id;         // unique identifier
16052     };
16054     bool same(const Rec& a, const Rec& b)
16055     {
16056         return a.id == b.id;
16057     }
16059     vector<Rec*> find_id(const string& name);    // find all records for "name"
16061     auto x = find_if(vr.begin(), vr.end(),
16062         [&](Rec& r) {
16063             if (r.name.size() != n.size()) return false; // name to compare to is in n
16064             for (int i = 0; i < r.name.size(); ++i)
16065                 if (tolower(r.name[i]) != tolower(n[i])) return false;
16066             return true;
16067         }
16068     );
16070 There is a useful function lurking here (case insensitive string comparison), as there often is when lambda arguments get large.
16072     bool compare_insensitive(const string& a, const string& b)
16073     {
16074         if (a.size() != b.size()) return false;
16075         for (int i = 0; i < a.size(); ++i) if (tolower(a[i]) != tolower(b[i])) return false;
16076         return true;
16077     }
16079     auto x = find_if(vr.begin(), vr.end(),
16080         [&](Rec& r) { compare_insensitive(r.name, n); }
16081     );
16083 Or maybe (if you prefer to avoid the implicit name binding to n):
16085     auto cmp_to_n = [&n](const string& a) { return compare_insensitive(a, n); };
16087     auto x = find_if(vr.begin(), vr.end(),
16088         [](const Rec& r) { return cmp_to_n(r.name); }
16089     );
16091 ##### Note
16093 whether functions, lambdas, or operators.
16095 ##### Exception
16097 * Lambdas logically used only locally, such as an argument to `for_each` and similar control flow algorithms.
16098 * Lambdas as [initializers](#???)
16100 ##### Enforcement
16102 * (hard) flag similar lambdas
16103 * ???
16105 ### <a name="Rt-lambda"></a>T.141: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only
16107 ##### Reason
16109 That makes the code concise and gives better locality than alternatives.
16111 ##### Example
16113     auto earlyUsersEnd = std::remove_if(users.begin(), users.end(),
16114                                         [](const User &a) { return a.id > 100; });
16117 ##### Exception
16119 Naming a lambda can be useful for clarity even if it is used only once.
16121 ##### Enforcement
16123 * Look for identical and near identical lambdas (to be replaced with named functions or named lambdas).
16125 ### <a name="Rt-var"></a>T.142?: Use template variables to simplify notation
16127 ##### Reason
16129 Improved readability.
16131 ##### Example
16133     ???
16135 ##### Enforcement
16139 ### <a name="Rt-nongeneric"></a>T.143: Don't write unintentionally nongeneric code
16141 ##### Reason
16143 Generality. Reusability. Don't gratuitously commit to details; use the most general facilities available.
16145 ##### Example
16147 Use `!=` instead of `<` to compare iterators; `!=` works for more objects because it doesn't rely on ordering.
16149     for (auto i = first; i < last; ++i) {   // less generic
16150         // ...
16151     }
16153     for (auto i = first; i != last; ++i) {   // good; more generic
16154         // ...
16155     }
16157 Of course, range-`for` is better still where it does what you want.
16159 ##### Example
16161 Use the least-derived class that has the functionality you need.
16163     class Base {
16164     public:
16165         Bar f();
16166         Bar g();
16167     };
16169     class Derived1 : public Base {
16170     public:
16171         Bar h();
16172     };
16174     class Derived2 : public Base {
16175     public:
16176         Bar j();
16177     };
16179     // bad, unless there is a specific reason for limiting to Derived1 objects only
16180     void my_func(Derived1& param)
16181     {
16182         use(param.f());
16183         use(param.g());
16184     }
16186     // good, uses only Base interface so only commit to that
16187     void my_func(Base& param)
16188     {
16189         use(param.f());
16190         use(param.g());
16191     }
16193 ##### Enforcement
16195 * Flag comparison of iterators using `<` instead of `!=`.
16196 * 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.
16197 * Flag functions that take a pointer or reference to a more-derived type but only use functions declared in a base type.
16199 ### <a name="Rt-specialize-function"></a>T.144: Don't specialize function templates
16201 ##### Reason
16203 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.
16205 ##### Example
16207     ???
16209 **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).
16211 ##### Enforcement
16213 * Flag all specializations of a function template. Overload instead.
16216 ### <a name="Rt-check-class"></a>T.150: Check that a class matches a concept using `static_assert`
16218 ##### Reason
16220 If you intend for a class to match a concept, verifying that early saves users pain.
16222 ###### Example
16224     class X {
16225         X() = delete;
16226         X(const X&) = default;
16227         X(X&&) = default;
16228         X& operator=(const X&) = default;
16229         // ...
16230     };
16232 Somewhere, possibly in an implementation file, let the compiler check the desired properties of `X`:
16234     static_assert(Default_constructible<X>);    // error: X has no default constructor
16235     static_assert(Copyable<X>);                 // error: we forgot to define X's move constructor
16238 ###### Enforcement
16240 Not feasible.
16242 # <a name="S-cpl"></a>CPL: C-style programming
16244 C and C++ are closely related languages.
16245 They both originate in "Classic C" from 1978 and have evolved in ISO committees since then.
16246 Many attempts have been made to keep them compatible, but neither is a subset of the other.
16248 C rule summary:
16250 * [CPL.1: Prefer C++ to C](#Rcpl-C)
16251 * [CPL.2: If you must use C, use the common subset of C and C++, and compile the C code as C++](#Rcpl-subset)
16252 * [CPL.3: If you must use C for interfaces, use C++ in the code using such interfaces](#Rcpl-interface)
16254 ### <a name="Rcpl-C"></a>CPL.1: Prefer C++ to C
16256 ##### Reason
16258 C++ provides better type checking and more notational support.
16259 It provides better support for high-level programming and often generates faster code.
16261 ##### Example
16263     char ch = 7;
16264     void* pv = &ch;
16265     int* pi = pv;   // not C++
16266     *pi = 999;      // overwrite sizeof(int) bytes near &ch
16268 The rules for implicit casting to and from `void*` in C are subtle and unenforced.
16269 In particular, this example violates a rule against converting to a type with stricter alignment.
16271 ##### Enforcement
16273 Use a C++ compiler.
16275 ### <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++
16277 ##### Reason
16279 That subset can be compiled with both C and C++ compilers, and when compiled as C++ is better type checked than "pure C."
16281 ##### Example
16283     int* p1 = malloc(10 * sizeof(int));                      // not C++
16284     int* p2 = static_cast<int*>(malloc(10 * sizeof(int)));   // not C, C-style C++
16285     int* p3 = new int[10];                                   // not C
16286     int* p4 = (int*) malloc(10 * sizeof(int));               // both C and C++
16288 ##### Enforcement
16290 * Flag if using a build mode that compiles code as C.
16292   * The C++ compiler will enforce that the code is valid C++ unless you use C extension options.
16294 ### <a name="Rcpl-interface"></a>CPL.3: If you must use C for interfaces, use C++ in the calling code using such interfaces
16296 ##### Reason
16298 C++ is more expressive than C and offers better support for many types of programming.
16300 ##### Example
16302 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.
16303 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.
16305 ##### Example
16307 You can call C from C++:
16309     // in C:
16310     double sqrt(double);
16312     // in C++:
16313     extern "C" double sqrt(double);
16315     sqrt(2);
16317 ##### Example
16319 You can call C++ from C:
16321     // in C:
16322     X call_f(struct Y*, int);
16324     // in C++:
16325     extern "C" X call_f(Y* p, int i)
16326     {
16327         return p->f(i);   // possibly a virtual function call
16328     }
16330 ##### Enforcement
16332 None needed
16334 # <a name="S-source"></a>SF: Source files
16336 Distinguish between declarations (used as interfaces) and definitions (used as implementations).
16337 Use header files to represent interfaces and to emphasize logical structure.
16339 Source file rule summary:
16341 * [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)
16342 * [SF.2: A `.h` file may not contain object definitions or non-inline function definitions](#Rs-inline)
16343 * [SF.3: Use `.h` files for all declarations used in multiple source files](#Rs-declaration-header)
16344 * [SF.4: Include `.h` files before other declarations in a file](#Rs-include-order)
16345 * [SF.5: A `.cpp` file must include the `.h` file(s) that defines its interface](#Rs-consistency)
16346 * [SF.6: Use `using namespace` directives for transition, for foundation libraries (such as `std`), or within a local scope](#Rs-using)
16347 * [SF.7: Don't write `using namespace` in a header file](#Rs-using-directive)
16348 * [SF.8: Use `#include` guards for all `.h` files](#Rs-guards)
16349 * [SF.9: Avoid cyclic dependencies among source files](#Rs-cycles)
16351 * [SF.20: Use `namespace`s to express logical structure](#Rs-namespace)
16352 * [SF.21: Don't use an unnamed (anonymous) namespace in a header](#Rs-unnamed)
16353 * [SF.22: Use an unnamed (anonymous) namespace for all internal/nonexported entities](#Rs-unnamed2)
16355 ### <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
16357 ##### Reason
16359 It's a longstanding convention.
16360 But consistency is more important, so if your project uses something else, follow that.
16362 ##### Note
16364 This convention reflects a common use pattern:
16365 Headers are more often shared with C to compile as both C++ and C, which typically uses `.h`,
16366 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.
16367 On the other hand, implementation files are rarely shared with C and so should typically be distinguished from `.c` files,
16368 so it's normally best to name all C++ implementation files something else (such as `.cpp`).
16370 The specific names `.h` and `.cpp` are not required (just recommended as a default) and other names are in widespread use.
16371 Examples are `.hh`, `.C`, and `.cxx`. Use such names equivalently.
16372 In this document, we refer to `.h` and `.cpp` as a shorthand for header and implementation files,
16373 even though the actual extension may be different.
16375 Your IDE (if you use one) may have strong opinions about suffices.
16377 ##### Example
16379     // foo.h:
16380     extern int a;   // a declaration
16381     extern void foo();
16383     // foo.cpp:
16384     int a;   // a definition
16385     void foo() { ++a; }
16387 `foo.h` provides the interface to `foo.cpp`. Global variables are best avoided.
16389 ##### Example, bad
16391     // foo.h:
16392     int a;   // a definition
16393     void foo() { ++a; }
16395 `#include<foo.h>` twice in a program and you get a linker error for two one-definition-rule violations.
16397 ##### Enforcement
16399 * Flag non-conventional file names.
16400 * Check that `.h` and `.cpp` (and equivalents) follow the rules below.
16402 ### <a name="Rs-inline"></a>SF.2: A `.h` file may not contain object definitions or non-inline function definitions
16404 ##### Reason
16406 Including entities subject to the one-definition rule leads to linkage errors.
16408 ##### Example
16410     // file.h:
16411     namespace Foo {
16412         int x = 7;
16413         int xx() { return x+x; }
16414     }
16416     // file1.cpp:
16417     #include<file.h>
16418     // ... more ...
16420      // file2.cpp:
16421     #include<file.h>
16422     // ... more ...
16424 Linking `file1.cpp` and `file2.cpp` will give two linker errors.
16426 **Alternative formulation**: A `.h` file must contain only:
16428 * `#include`s of other `.h` files (possibly with include guards)
16429 * templates
16430 * class definitions
16431 * function declarations
16432 * `extern` declarations
16433 * `inline` function definitions
16434 * `constexpr` definitions
16435 * `const` definitions
16436 * `using` alias definitions
16437 * ???
16439 ##### Enforcement
16441 Check the positive list above.
16443 ### <a name="Rs-declaration-header"></a>SF.3: Use `.h` files for all declarations used in multiple source files
16445 ##### Reason
16447 Maintainability. Readability.
16449 ##### Example, bad
16451     // bar.cpp:
16452     void bar() { cout << "bar\n"; }
16454     // foo.cpp:
16455     extern void bar();
16456     void foo() { bar(); }
16458 A maintainer of `bar` cannot find all declarations of `bar` if its type needs changing.
16459 The user of `bar` cannot know if the interface used is complete and correct. At best, error messages come (late) from the linker.
16461 ##### Enforcement
16463 * Flag declarations of entities in other source files not placed in a `.h`.
16465 ### <a name="Rs-include-order"></a>SF.4: Include `.h` files before other declarations in a file
16467 ##### Reason
16469 Minimize context dependencies and increase readability.
16471 ##### Example
16473     #include<vector>
16474     #include<algorithm>
16475     #include<string>
16477     // ... my code here ...
16479 ##### Example, bad
16481     #include<vector>
16483     // ... my code here ...
16485     #include<algorithm>
16486     #include<string>
16488 ##### Note
16490 This applies to both `.h` and `.cpp` files.
16492 ##### Note
16494 There is an argument for insulating code from declarations and macros in header files by `#including` headers *after* the code we want to protect
16495 (as in the example labeled "bad").
16496 However
16498 * that only works for one file (at one level): Use that technique in a header included with other headers and the vulnerability reappears.
16499 * a namespace (an "implementation namespace") can protect against many context dependencies.
16500 * full protection and flexibility require [modules](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4592.pdf).
16501 [See also](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0141r0.pdf).
16504 ##### Enforcement
16506 Easy.
16508 ### <a name="Rs-consistency"></a>SF.5: A `.cpp` file must include the `.h` file(s) that defines its interface
16510 ##### Reason
16512 This enables the compiler to do an early consistency check.
16514 ##### Example, bad
16516     // foo.h:
16517     void foo(int);
16518     int bar(long);
16519     int foobar(int);
16521     // foo.cpp:
16522     void foo(int) { /* ... */ }
16523     int bar(double) { /* ... */ }
16524     double foobar(int);
16526 The errors will not be caught until link time for a program calling `bar` or `foobar`.
16528 ##### Example
16530     // foo.h:
16531     void foo(int);
16532     int bar(long);
16533     int foobar(int);
16535     // foo.cpp:
16536     #include<foo.h>
16538     void foo(int) { /* ... */ }
16539     int bar(double) { /* ... */ }
16540     double foobar(int);   // error: wrong return type
16542 The return-type error for `foobar` is now caught immediately when `foo.cpp` is compiled.
16543 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.
16545 ##### Enforcement
16549 ### <a name="Rs-using"></a>SF.6: Use `using namespace` directives for transition, for foundation libraries (such as `std`), or within a local scope
16551 ##### Reason
16553  ???
16555 ##### Example
16557     ???
16559 ##### Enforcement
16563 ### <a name="Rs-using-directive"></a>SF.7: Don't write `using namespace` in a header file
16565 ##### Reason
16567 Doing so takes away an `#include`r's ability to effectively disambiguate and to use alternatives.
16569 ##### Example
16571     // bad.h
16572     #include <iostream>
16573     using namespace std; // bad
16575     // user.cpp
16576     #include "bad.h"
16577     
16578     bool copy(/*... some parameters ...*/);    // some function that happens to be named copy
16580     int main() {
16581         copy(/*...*/);    // now overloads local ::copy and std::copy, could be ambiguous
16582     }
16584 ##### Enforcement
16586 Flag `using namespace` at global scope in a header file.
16588 ### <a name="Rs-guards"></a>SF.8: Use `#include` guards for all `.h` files
16590 ##### Reason
16592 To avoid files being `#include`d several times.
16594 ##### Example
16596     // file foobar.h:
16597     #ifndef FOOBAR_H
16598     #define FOOBAR_H
16599     // ... declarations ...
16600     #endif // FOOBAR_H
16602 ##### Enforcement
16604 Flag `.h` files without `#include` guards.
16606 ### <a name="Rs-cycles"></a>SF.9: Avoid cyclic dependencies among source files
16608 ##### Reason
16610 Cycles complicates comprehension and slows down compilation.
16611 Complicates conversion to use language-supported modules (when they become available).
16613 ##### Note
16615 Eliminate cycles; don't just break them with `#include` guards.
16617 ##### Example, bad
16619     // file1.h:
16620     #include "file2.h"
16622     // file2.h:
16623     #include "file3.h"
16625     // file3.h:
16626     #include "file1.h"
16628 ##### Enforcement
16630 Flag all cycles.
16632 ### <a name="Rs-namespace"></a>SF.20: Use `namespace`s to express logical structure
16634 ##### Reason
16636  ???
16638 ##### Example
16640     ???
16642 ##### Enforcement
16646 ### <a name="Rs-unnamed"></a>SF.21: Don't use an unnamed (anonymous) namespace in a header
16648 ##### Reason
16650 It is almost always a bug to mention an unnamed namespace in a header file.
16652 ##### Example
16654     ???
16656 ##### Enforcement
16658 * Flag any use of an anonymous namespace in a header file.
16660 ### <a name="Rs-unnamed2"></a>SF.22: Use an unnamed (anonymous) namespace for all internal/nonexported entities
16662 ##### Reason
16664 Nothing external can depend on an entity in a nested unnamed namespace.
16665 Consider putting every definition in an implementation source file in an unnamed namespace unless that is defining an "external/exported" entity.
16667 ##### Example
16669 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.
16671     ???
16673 ##### Enforcement
16675 * ???
16677 # <a name="S-stdlib"></a>SL: The Standard Library
16679 Using only the bare language, every task is tedious (in any language).
16680 Using a suitable library any task can be reasonably simple.
16682 The standard library has steadily grown over the years.
16683 Its description in the standard is now larger than that of the language features.
16684 So, it is likely that this library section of the guidelines will eventually grow in size to equal or exceed all the rest.
16686 << ??? We need another level of rule numbering ??? >>
16688 C++ Standard library component summary:
16690 * [SL.con: Containers](#SS-con)
16691 * [SL.str: String](#SS-string)
16692 * [SL.io: Iostream](#SS-io)
16693 * [SL.regex: Regex](#SS-regex)
16694 * [SL.chrono: Time](#SS-chrono)
16695 * [SL.C: The C standard library](#SS-clib)
16697 Standard-library rule summary:
16699 * [SL.1: Use libraries wherever possible](#Rsl-lib)
16700 * [SL.2: Prefer the standard library to other libraries](#Rsl-sl)
16701 * ???
16703 ### <a name="Rsl-lib"></a>SL.1:  Use libraries wherever possible
16705 ##### Reason
16707 Save time. Don't re-invent the wheel.
16708 Don't replicate the work of others.
16709 Benefit from other people's work when they make improvements.
16710 Help other people when you make improvements.
16712 ### <a name="Rsl-sl"></a>SL.2: Prefer the standard library to other libraries
16714 ##### Reason
16716 More people know the standard library.
16717 It is more likely to be stable, well-maintained, and widely available than your own code or most other libraries.
16719 ## <a name="SS-con"></a>SL.con: Containers
16723 Container rule summary:
16725 * [SL.con.1: Prefer using STL `array` or `vector` instead of a C array](#Rsl-arrays)
16726 * [SL.con.2: Prefer using STL `vector` by default unless you have a reason to use a different container](#Rsl-vector)
16727 *  ???
16729 ### <a name="Rsl-arrays"></a>SL.con.1: Prefer using STL `array` or `vector` instead of a C array
16731 ##### Reason
16733 C arrays are less safe, and have no advantages over `array` and `vector`.
16734 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.
16735 Also, like a built-in array, a stack-allocated `std::array` keeps its elements on the stack.
16736 For a variable-length array, use `std::vector`, which additionally can change its size and handles memory allocation.
16738 ##### Example
16740     int v[SIZE];                        // BAD
16742     std::array<int, SIZE> w;             // ok
16744 ##### Example
16746     int* v = new int[initial_size];     // BAD, owning raw pointer
16747     delete[] v;                         // BAD, manual delete
16749     std::vector<int> w(initial_size);   // ok
16751 ##### Enforcement
16753 * 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`.
16755 ### <a name="Rsl-vector"></a>SL.con.2: Prefer using STL `vector` by default unless you have a reason to use a different container
16757 ##### Reason
16759 `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).
16760 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`.
16762 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.
16764 ##### Note
16766 `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.
16768 ##### Exceptions
16770 If you have a good reason to use another container, use that instead. For example:
16772 * If `vector` suits your needs but you don't need the container to be variable size, use `array` instead.
16774 * 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.
16776 ##### Enforcement
16778 * 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.
16780 ## <a name="SS-string"></a>SL.str: String
16784 ## <a name="SS-io"></a>SL.io: Iostream
16788 Iostream rule summary:
16790 * [SL.io.1: Use character-level input only when you have to](#Rio-low)
16791 * [SL.io.2: When reading, always consider ill-formed input](#Rio-validate)
16792 * [???](#???)
16793 * [SL.io.50: Avoid `endl`](#Rio-endl)
16794 * [???](#???)
16796 ### <a name="Rio-low"></a>SL.io.1: Use character-level input only when you have to
16800 ### <a name="Rio-validate"></a>SL.io.2: When reading, always consider ill-formed input
16804 ### <a name="Rio-endl"></a>SL.io.50: Avoid `endl`
16806 ### Reason
16808 The `endl` manipulator is mostly equivalent to `'\n'` and `"\n"`;
16809 as most commonly used it simply slows down output by doing redundant `flush()`s.
16810 This slowdown can be significant compared to `printf`-style output.
16812 ##### Example
16814     cout << "Hello, World!" << endl;    // two output operations and a flush
16815     cout << "Hello, World!\n";          // one output operation and no flush
16817 ##### Note
16819 For `cin`/`cout` (and equivalent) interaction, there is no reason to flush; that's done automatically.
16820 For writing to a file, there is rarely a need to `flush`.
16822 ##### Note
16824 Apart from the (occasionally important) issue of performance,
16825 the choice between `'\n'` and `endl` is almost completely aesthetic.
16827 ## <a name="SS-regex"></a>SL.regex: Regex
16831 ## <a name="SS-chrono"></a>SL.chrono: Time
16835 ## <a name="SS-clib"></a>SL.C: The C standard library
16839 C standard library rule summary:
16841 * [???](#???)
16842 * [???](#???)
16843 * [???](#???)
16846 # <a name="S-A"></a>A: Architectural Ideas
16848 This section contains ideas about higher-level architectural ideas and libraries.
16850 Architectural rule summary:
16852 * [A.1 Separate stable from less stable part of code](#Ra-stable)
16853 * [A.2 Express potentially reusable parts as a library](#Ra-lib)
16854 * [A.4 There should be no cycles among libraries](#?Ra-dag)
16855 * [???](#???)
16856 * [???](#???)
16857 * [???](#???)
16858 * [???](#???)
16859 * [???](#???)
16860 * [???](#???)
16862 ### <a name="Ra-stable"></a>A.1 Separate stable from less stable part of code
16866 ### <a name="Ra-lib"></a>A.2 Express potentially reusable parts as a library
16868 ##### Reason
16870 ##### Note
16872 A library is a collection of declarations and definitions maintained, documented, and shipped together.
16873 A library could be a set of headers (a "header only library") or a set of headers plus a set of object files.
16874 A library can be statically or dynamically linked into a program, or it may be `#included`
16877 ### <a name="Ra-dag"></a>A.4 There should be no cycles among libraries
16879 ##### Reason
16881 * A cycle implies complication of the build process.
16882 * Cycles are hard to understand and may introduce indeterminism (unspecified behavior).
16884 ##### Note
16886 A library can contain cyclic references in the definition of its components.
16887 For example:
16889     ???
16891 However, a library should not depend on another that depends on it.
16894 # <a name="S-not"></a>NR: Non-Rules and myths
16896 This section contains rules and guidelines that are popular somewhere, but that we deliberately don't recommend.
16897 We know full well that there have been times and places where these rules made sense, and we have used them ourselves at times.
16898 However, in the context of the styles of programming we recommend and support with the guidelines, these "non-rules" would do harm.
16900 Even today, there can be contexts where the rules make sense.
16901 For example, lack of suitable tool support can make exceptions unsuitable in hard-real-time systems,
16902 but please don't blindly trust "common wisdom" (e.g., unsupported statements about "efficiency");
16903 such "wisdom" may be based on decades-old information or experienced from languages with very different properties than C++
16904 (e.g., C or Java).
16906 The positive arguments for alternatives to these non-rules are listed in the rules offered as "Alternatives".
16908 Non-rule summary:
16910 * [NR.1: Don't: All declarations should be at the top of a function](#Rnr-top)
16911 * [NR.2: Don't: Have only a single `return`-statement in a function](#Rnr-single-return)
16912 * [NR.3: Don't: Don't use exceptions](#Rnr-no-exceptions)
16913 * [NR.4: Don't: Place each class declaration in its own source file](#Rnr-lots-of-files)
16914 * [NR.5: Don't: Don't do substantive work in a constructor; instead use two-phase initialization](#Rnr-two-phase-init)
16915 * [NR.6: Don't: Place all cleanup actions at the end of a function and `goto exit`](#Rnr-goto-exit)
16916 * [NR.7: Don't: Make all data members `protected`](#Rnr-protected-data)
16917 * ???
16919 ### <a name="Rnr-top"></a>NR.1: Don't: All declarations should be at the top of a function
16921 ##### Reason (not to follow this rule)
16923 This rule is a legacy of old programming languages that didn't allow initialization of variables and constants after a statement.
16924 This leads to longer programs and more errors caused by uninitialized and wrongly initialized variables.
16926 ##### Example, bad
16928     ???
16930 The larger the distance between the uninitialized variable and its use, the larger the chance of a bug.
16931 Fortunately, compilers catch many "used before set" errors.
16934 ##### Alternative
16936 * [Always initialize an object](#Res-always)
16937 * [ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it](#Res-introduce)
16939 ### <a name="Rnr-single-return"></a>NR.2: Don't: Have only a single `return`-statement in a function
16941 ##### Reason (not to follow this rule)
16943 The single-return rule can lead to unnecessarily convoluted code and the introduction of extra state variables.
16944 In particular, the single-return rule makes it harder to concentrate error checking at the top of a function.
16946 ##### Example
16948     template<class T>
16949     //  requires Number<T>
16950     string sign(T x)
16951     {
16952         if (x < 0)
16953             return "negative";
16954         else if (x > 0)
16955             return "positive";
16956         return "zero";
16957     }
16959 to use a single return only we would have to do something like
16961     template<class T>
16962     //  requires Number<T>
16963     string sign(T x)        // bad
16964     {
16965         string res;
16966         if (x < 0)
16967             res = "negative";
16968         else if (x > 0)
16969             res = "positive";
16970         else
16971             res = "zero";
16972         return res;
16973     }
16975 This is both longer and likely to be less efficient.
16976 The larger and more complicated the function is, the more painful the workarounds get.
16977 Of course many simple functions will naturally have just one `return` because of their simpler inherent logic.
16979 ##### Example
16981     int index(const char* p)
16982     {
16983         if (p == nullptr) return -1;  // error indicator: alternatively "throw nullptr_error{}"
16984         // ... do a lookup to find the index for p
16985         return i;
16986     }
16988 If we applied the rule, we'd get something like
16990     int index2(const char* p)
16991     {
16992         int i;
16993         if (p == nullptr)
16994             i = -1;  // error indicator
16995         else {
16996             // ... do a lookup to find the index for p
16997         }
16998         return i;
16999     }
17001 Note that we (deliberately) violated the rule against uninitialized variables because this style commonly leads to that.
17002 Also, this style is a temptation to use the [goto exit](#Rnr-goto-exit) non-rule.
17004 ##### Alternative
17006 * Keep functions short and simple
17007 * Feel free to use multiple `return` statements (and to throw exceptions).
17009 ### <a name="Rnr-no-exceptions"></a>NR.3: Don't: Don't use exceptions
17011 ##### Reason (not to follow this rule)
17013 There seem to be three main reasons given for this non-rule:
17015 * exceptions are inefficient
17016 * exceptions lead to leaks and errors
17017 * exception performance is not predictable
17019 There is no way we can settle this issue to the satisfaction of everybody.
17020 After all, the discussions about exceptions have been going on for 40+ years.
17021 Some languages cannot be used without exceptions, but others do not support them.
17022 This leads to strong traditions for the use and non-use of exceptions, and to heated debates.
17024 However, we can briefly outline why we consider exceptions the best alternative for general-purpose programming
17025 and in the context of these guidelines.
17026 Simple arguments for and against are often inconclusive.
17027 There are specialized applications where exceptions indeed can be inappropriate
17028 (e.g., hard-real time systems without support for reliable estimates of the cost of handling an exception).
17030 Consider the major objections to exceptions in turn
17032 * Exceptions are inefficient:
17033 Compared to what?
17034 When comparing make sure that the same set of errors are handled and that they are handled equivalently.
17035 In particular, do not compare a program that immediately terminate on seeing an error with a program
17036 that carefully cleans up resources before logging an error.
17037 Yes, some systems have poor exception handling implementations; sometimes, such implementations force us to use
17038 other error-handling approaches, but that's not a fundamental problem with exceptions.
17039 When using an efficiency argument - in any context - be careful that you have good data that actually provides
17040 insight into the problem under discussion.
17041 * Exceptions lead to leaks and errors.
17042 They do not.
17043 If your program is a rat's nest of pointers without an overall strategy for resource management,
17044 you have a problem whatever you do.
17045 If your system consists of a million lines of such code,
17046 you probably will not be able to use exceptions,
17047 but that's a problem with excessive and undisciplined pointer use, rather than with exceptions.
17048 In our opinion, you need RAII to make exception-based error handling simple and safe -- simpler and safer than alternatives.
17049 * Exception performance is not predictable
17050 If you are in a hard-real-time system where you must guarantee completion of a task in a given time,
17051 you need tools to back up such guarantees.
17052 As far as we know such tools are not available (at least not to most programmers).
17054 Many, possibly most, problems with exceptions stem from historical needs to interact with messy old code.
17056 The fundamental arguments for the use of exceptions are
17058 * They clearly separates error return from ordinary return
17059 * They cannot be forgotten or ignored
17060 * They can be used systematically
17062 Remember
17064 * Exceptions are for reporting errors (in C++; other languages can have different uses for exceptions).
17065 * Exceptions are not for errors that can be handled locally.
17066 * Don't try to catch every exception in every function (that's tedious, clumsy, and leads to slow code).
17067 * Exceptions are not for errors that require instant termination of a module/system after a non-recoverable error.
17069 ##### Example
17071     ???
17073 ##### Alternative
17075 * [RAII](#Re-raii)
17076 * Contracts/assertions: Use GSL's `Expects` and `Ensures` (until we get language support for contracts)
17078 ### <a name="Rnr-lots-of-files"></a>NR.4: Don't: Place each class declaration in its own source file
17080 ##### Reason (not to follow this rule)
17082 The resulting number of files are hard to manage and can slow down compilation.
17083 Individual classes are rarely a good logical unit of maintenance and distribution.
17085 ##### Example
17087     ???
17089 ##### Alternative
17091 * Use namespaces containing logically cohesive sets of classes and functions.
17093 ### <a name="Rnr-two-phase-init"></a>NR.5: Don't: Don't do substantive work in a constructor; instead use two-phase initialization
17095 ##### Reason (not to follow this rule)
17097 Following this rule leads to weaker invariants,
17098 more complicated code (having to deal with semi-constructed objects),
17099 and errors (when we didn't deal correctly with semi-constructed objects consistently).
17101 ##### Example
17103     ???
17105 ##### Alternative
17107 * Always establish a class invariant in a constructor.
17108 * Don't define an object before it is needed.
17110 ### <a name="Rnr-goto-exit"></a>NR.6: Don't: Place all cleanup actions at the end of a function and `goto exit`
17112 ##### Reason (not to follow this rule)
17114 `goto` is error-prone.
17115 This technique is a pre-exception technique for RAII-like resource and error handling.
17117 ##### Example, bad
17119     void do_something(int n)
17120     {
17121         if (n < 100) goto exit;
17122         // ...
17123         int* p = (int*) malloc(n);
17124         // ...
17125         if (some_ error) goto_exit;
17126         // ...
17127     exit:
17128         free(p);
17129     }
17131 and spot the bug.
17133 ##### Alternative
17135 * Use exceptions and [RAII](#Re-raii)
17136 * for non-RAII resources, use [`finally`](#Re-finally).
17138 ### <a name="Rnr-protected-data"></a>NR.7: Don't: Make all data members `protected`
17140 ##### Reason (not to follow this rule)
17142 `protected` data is a source of errors.
17143 `protected` data can be manipulated from an unbounded amount of code in various places.
17144 `protected` data is the class hierarchy equivalent to global data.
17146 ##### Example
17148     ???
17150 ##### Alternative
17152 * [Make member data `public` or (preferably) `private`](#Rh-protected)
17155 # <a name="S-references"></a>RF: References
17157 Many coding standards, rules, and guidelines have been written for C++, and especially for specialized uses of C++.
17158 Many
17160 * focus on lower-level issues, such as the spelling of identifiers
17161 * are written by C++ novices
17162 * see "stopping programmers from doing unusual things" as their primary aim
17163 * aim at portability across many compilers (some 10 years old)
17164 * are written to preserve decades old code bases
17165 * aim at a single application domain
17166 * are downright counterproductive
17167 * are ignored (must be ignored by programmers to get their work done well)
17169 A bad coding standard is worse than no coding standard.
17170 However an appropriate set of guidelines are much better than no standards: "Form is liberating."
17172 Why can't we just have a language that allows all we want and disallows all we don't want ("a perfect language")?
17173 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.
17174 Also, your needs change over time and a general-purpose language is needed to allow you to adapt.
17175 A language that is ideal for today would be overly restrictive tomorrow.
17177 Coding guidelines adapt the use of a language to specific needs.
17178 Thus, there cannot be a single coding style for everybody.
17179 We expect different organizations to provide additions, typically with more restrictions and firmer style rules.
17181 Reference sections:
17183 * [RF.rules: Coding rules](#SS-rules)
17184 * [RF.books: Books with coding guidelines](#SS-books)
17185 * [RF.C++: C++ Programming (C++11/C++14)](#SS-Cplusplus)
17186 * [RF.web: Websites](#SS-web)
17187 * [RS.video: Videos about "modern C++"](#SS-vid)
17188 * [RF.man: Manuals](#SS-man)
17190 ## <a name="SS-rules"></a>RF.rules: Coding rules
17192 * [Boost Library Requirements and Guidelines](http://www.boost.org/development/requirements.html).
17193   ???.
17194 * [Bloomberg: BDE C++ Coding](https://github.com/bloomberg/bde/wiki/CodingStandards.pdf).
17195   Has a strong emphasis on code organization and layout.
17196 * Facebook: ???
17197 * [GCC Coding Conventions](https://gcc.gnu.org/codingconventions.html).
17198   C++03 and (reasonably) a bit backwards looking.
17199 * [Google C++ Style Guide](https://google.github.io/styleguide/cppguide.html).
17200   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.
17201 * [JSF++: JOINT STRIKE FIGHTER AIR VEHICLE C++ CODING STANDARDS](http://www.stroustrup.com/JSF-AV-rules.pdf).
17202   Document Number 2RDU00001 Rev C. December 2005.
17203   For flight control software.
17204   For hard real time.
17205   This means that it is necessarily very restrictive ("if the program fails somebody dies").
17206   For example, no free store allocation or deallocation may occur after the plane takes off (no memory overflow and no fragmentation allowed).
17207   No exception may be used (because there was no available tool for guaranteeing that an exception would be handled within a fixed short time).
17208   Libraries used have to have been approved for mission critical applications.
17209   Any similarities to this set of guidelines are unsurprising because Bjarne Stroustrup was an author of JSF++.
17210   Recommended, but note its very specific focus.
17211 * [Mozilla Portability Guide](https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Mozilla/C%2B%2B_Portability_Guide).
17212   As the name indicates, this aims for portability across many (old) compilers.
17213   As such, it is restrictive.
17214 * [Geosoft.no: C++ Programming Style Guidelines](http://geosoft.no/development/cppstyle.html).
17215   ???.
17216 * [Possibility.com: C++ Coding Standard](http://www.possibility.com/Cpp/CppCodingStandard.html).
17217   ???.
17218 * [SEI CERT: Secure C++ Coding Standard](https://www.securecoding.cert.org/confluence/pages/viewpage.action?pageId=637).
17219   A very nicely done set of rules (with examples and rationales) done for security-sensitive code.
17220   Many of their rules apply generally.
17221 * [High Integrity C++ Coding Standard](http://www.codingstandard.com/).
17222 * [llvm](http://llvm.org/docs/CodingStandards.html).
17223   Somewhat brief, pre-C++11, and (not unreasonably) adjusted to its domain.
17224 * ???
17226 ## <a name="SS-books"></a>RF.books: Books with coding guidelines
17228 * [Meyers96](#Meyers96) Scott Meyers: *More Effective C++*. Addison-Wesley 1996.
17229 * [Meyers97](#Meyers97) Scott Meyers: *Effective C++, Second Edition*. Addison-Wesley 1997.
17230 * [Meyers01](#Meyers01) Scott Meyers: *Effective STL*. Addison-Wesley 2001.
17231 * [Meyers05](#Meyers05) Scott Meyers: *Effective C++, Third Edition*. Addison-Wesley 2005.
17232 * [Meyers15](#Meyers15) Scott Meyers: *Effective Modern C++*. O'Reilly 2015.
17233 * [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.
17234 * [Stroustrup05](#Stroustrup05) Bjarne Stroustrup: [A rationale for semantically enhanced library languages](http://www.stroustrup.com/SELLrationale.pdf).
17235   LCSD05. October 2005.
17236 * [Stroustrup14](#Stroustrup05) Stroustrup: [A Tour of C++](http://www.stroustrup.com/Tour.html).
17237   Addison Wesley 2014.
17238   Each chapter ends with an advice section consisting of a set of recommendations.
17239 * [Stroustrup13](#Stroustrup13) Stroustrup: [The C++ Programming Language (4th Edition)](http://www.stroustrup.com/4th.html).
17240   Addison Wesley 2013.
17241   Each chapter ends with an advice section consisting of a set of recommendations.
17242 * Stroustrup: [Style Guide](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf)
17243   for [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html).
17244   Mostly low-level naming and layout rules.
17245   Primarily a teaching tool.
17247 ## <a name="SS-Cplusplus"></a>RF.C++: C++ Programming (C++11/C++14)
17249 * [TC++PL4](http://www.stroustrup.com/4th.html):
17250 A thorough description of the C++ language and standard libraries for experienced programmers.
17251 * [Tour++](http://www.stroustrup.com/Tour.html):
17252 An overview of the C++ language and standard libraries for experienced programmers.
17253 * [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html):
17254 A textbook for beginners and relative novices.
17256 ## <a name="SS-web"></a>RF.web: Websites
17258 * [isocpp.org](https://isocpp.org)
17259 * [Bjarne Stroustrup's home pages](http://www.stroustrup.com)
17260 * [WG21](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/)
17261 * [Boost](http://www.boost.org)<a name="Boost"></a>
17262 * [Adobe open source](http://www.adobe.com/open-source.html)
17263 * [Poco libraries](http://pocoproject.org/)
17264 * Sutter's Mill?
17265 * ???
17267 ## <a name="SS-vid"></a>RS.video: Videos about "modern C++"
17269 * Bjarne Stroustrup: [C++11 Style](http://channel9.msdn.com/Events/GoingNative/GoingNative-2012/Keynote-Bjarne-Stroustrup-Cpp11-Style). 2012.
17270 * 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
17271 * All the talks from [CppCon '14](https://isocpp.org/blog/2014/11/cppcon-videos-c9)
17272 * Bjarne Stroustrup: [The essence of C++](https://www.youtube.com/watch?v=86xWVb4XIyE) at the University of Edinburgh. 2014.
17273 * Sutter: ???
17274 * CppCon 15
17275 * ??? C++ Next
17276 * ??? Meting C++
17277 * ??? more ???
17279 ## <a name="SS-man"></a>RF.man: Manuals
17281 * ISO C++ Standard C++11.
17282 * ISO C++ Standard C++14.
17283 * [ISO C++ Standard C++17 CD](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4606.pdf). Committee Draft.
17284 * [Palo Alto "Concepts" TR](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2012/n3351.pdf).
17285 * [ISO C++ Concepts TS](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
17286 * [WG21 Ranges report](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4569.pdf). Draft.
17288 ## <a name="SS-ack"></a>Acknowledgements
17290 Thanks to the many people who contributed rules, suggestions, supporting information, references, etc.:
17292 * Peter Juhl
17293 * Neil MacIntosh
17294 * Axel Naumann
17295 * Andrew Pardoe
17296 * Gabriel Dos Reis
17297 * Zhuang, Jiangang (Jeff)
17298 * Sergey Zubkov
17300 and see the contributor list on the github.
17302 # <a name="S-profile"></a>Pro: Profiles
17304 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.
17306 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.
17308 Profiles summary:
17310 * [Pro.type: Type safety](#SS-type)
17311 * [Pro.bounds: Bounds safety](#SS-bounds)
17312 * [Pro.lifetime: Lifetime safety](#SS-lifetime)
17314 In the future, we expect to define many more profiles and add more checks to existing profiles.
17315 Candidates include:
17317 * narrowing arithmetic promotions/conversions (likely part of a separate safe-arithmetic profile)
17318 * arithmetic cast from negative floating point to unsigned integral type (ditto)
17319 * selected undefined behavior: ??? start with Gaby's UB list
17320 * selected unspecified behavior: ??? a portability concern?
17321 * `const` violations
17323 To suppress enforcement of a profile check, place a `suppress` annotation on a language contract. For example:
17325     [[suppress(bounds)]] char* raw_find(char* p, int n, char x)    // find x in p[0]..p[n-1]
17326     {
17327         // ...
17328     }
17330 Now `raw_find()` can scramble memory to its heart's content.
17331 Obviously, suppression should be very rare.
17333 ## <a name="SS-type"></a>Pro.safety: Type safety profile
17335 This profile makes it easier to construct code that uses types correctly and avoids inadvertent type punning.
17336 It does so by focusing on removing the primary sources of type violations, including unsafe uses of casts and unions.
17338 For the purposes of this section,
17339 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.
17340 Memory accessed as a type `T` should not be valid memory that actually contains an object of an unrelated type `U`.
17341 Note that the safety is intended to be complete when combined also with [Bounds safety](#SS-bounds) and [Lifetime safety](#SS-lifetime).
17343 An implementation of this profile shall recognize the following patterns in source code as non-conforming and issue a diagnostic.
17345 Type safety profile summary:
17347 * [Type.1: Don't use `reinterpret_cast`](#Pro-type-reinterpretcast)
17348 * [Type.2: Don't use `static_cast` downcasts. Use `dynamic_cast` instead](#Pro-type-downcast)
17349 * [Type.3: Don't use `const_cast` to cast away `const` (i.e., at all)](#Pro-type-constcast)
17350 * [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)
17351 * [Type.4.1: Don't use `T(expression)` for casting](#Pro-fct-style-cast)
17352 * [Type.5: Don't use a variable before it has been initialized](#Pro-type-init)
17353 * [Type.6: Always initialize a member variable](#Pro-type-memberinit)
17354 * [Type.7: Avoid accessing members of raw unions. Prefer `variant` instead](#Pro-fct-style-cast)
17355 * [Type.8: Avoid reading from varargs or passing vararg arguments. Prefer variadic template parameters instead](#Pro-type-varargs)
17357 ### <a name="Pro-type-reinterpretcast"></a>Type.1: Don't use `reinterpret_cast`.
17359 ##### Reason
17361 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`.
17363 ##### Example, bad
17365     std::string s = "hello world";
17366     double* p = reinterpret_cast<double*>(&s); // BAD
17368 ##### Enforcement
17370 Issue a diagnostic for any use of `reinterpret_cast`. To fix: Consider using a `variant` instead.
17372 ### <a name="Pro-type-downcast"></a>Type.2: Don't use `static_cast` downcasts. Use `dynamic_cast` instead.
17374 ##### Reason
17376 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`.
17378 ##### Example, bad
17380     class Base { public: virtual ~Base() = 0; };
17382     class Derived1 : public Base { };
17384     class Derived2 : public Base {
17385         std::string s;
17386     public:
17387         std::string get_s() { return s; }
17388     };
17390     Derived1 d1;
17391     Base* p1 = &d1; // ok, implicit conversion to pointer to Base is fine
17393     // BAD, tries to treat d1 as a Derived2, which it is not
17394     Derived2* p2 = static_cast<Derived2*>(p1);
17395     // tries to access d1's nonexistent string member, instead sees arbitrary bytes near d1
17396     cout << p2->get_s();
17398 ##### Example, bad
17400     struct Foo { int a, b; };
17401     struct Foobar : Foo { int bar; };
17403     void use(int i, Foo& x)
17404     {
17405         if (0 < i) {
17406             Foobar& x1 = dynamic_cast<Foobar&>(x);  // error: Foo is not polymorphic
17407             Foobar& x2 = static_cast<Foobar&>(x);   // bad
17408             // ...
17409         }
17410         // ...
17411     }
17413     // ...
17415     use(99, *new Foo{1, 2});  // not a Foobar
17417 If a class hierarchy isn't polymorphic, avoid casting.
17418 It is entirely unsafe.
17419 Look for a better design.
17420 See also [C.146](#Rh-dynamic_cast).
17422 ##### Enforcement
17424 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.
17426 ### <a name="Pro-type-constcast"></a>Type.3: Don't use `const_cast` to cast away `const` (i.e., at all).
17428 ##### Reason
17430 Casting away `const` is a lie. If the variable is actually declared `const`, it's a lie punishable by undefined behavior.
17432 ##### Example, bad
17434     void f(const int& i)
17435     {
17436         const_cast<int&>(i) = 42;   // BAD
17437     }
17439     static int i = 0;
17440     static const int j = 0;
17442     f(i); // silent side effect
17443     f(j); // undefined behavior
17445 ##### Example
17447 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:
17449     class Bar;
17451     class Foo {
17452     public:
17453         // BAD, duplicates logic
17454         Bar& get_bar() {
17455             /* complex logic around getting a non-const reference to my_bar */
17456         }
17458         const Bar& get_bar() const {
17459             /* same complex logic around getting a const reference to my_bar */
17460         }
17461     private:
17462         Bar my_bar;
17463     };
17465 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`:
17467     class Foo {
17468     public:
17469         // not great, non-const calls const version but resorts to const_cast
17470         Bar& get_bar() {
17471             return const_cast<Bar&>(static_cast<const Foo&>(*this).get_bar());
17472         }
17473         const Bar& get_bar() const {
17474             /* the complex logic around getting a const reference to my_bar */
17475         }
17476     private:
17477         Bar my_bar;
17478     };
17480 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.
17482 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:
17484     class Foo {
17485     public:                         // good
17486               Bar& get_bar()       { return get_bar_impl(*this); }
17487         const Bar& get_bar() const { return get_bar_impl(*this); }
17488     private:
17489         Bar my_bar;
17491         template<class T>           // good, deduces whether T is const or non-const
17492         static auto get_bar_impl(T& t) -> decltype(t.get_bar())
17493             { /* the complex logic around getting a possibly-const reference to my_bar */ }
17494     };
17496 ##### Exception
17498 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.
17500 ##### Enforcement
17502 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`.
17504 ### <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`.
17506 ##### Reason
17508 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`.
17509 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.
17511 ##### Example, bad
17513     std::string s = "hello world";
17514     double* p0 = (double*)(&s); // BAD
17516     class Base { public: virtual ~Base() = 0; };
17518     class Derived1 : public Base { };
17520     class Derived2 : public Base {
17521         std::string s;
17522     public:
17523         std::string get_s() { return s; }
17524     };
17526     Derived1 d1;
17527     Base* p1 = &d1; // ok, implicit conversion to pointer to Base is fine
17529     // BAD, tries to treat d1 as a Derived2, which it is not
17530     Derived2* p2 = (Derived2*)(p1);
17531     // tries to access d1's nonexistent string member, instead sees arbitrary bytes near d1
17532     cout << p2->get_s();
17534     void f(const int& i) {
17535         (int&)(i) = 42;   // BAD
17536     }
17538     static int i = 0;
17539     static const int j = 0;
17541     f(i); // silent side effect
17542     f(j); // undefined behavior
17544 ##### Enforcement
17546 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.
17548 ### <a name="Pro-fct-style-cast"></a>Type.4.1: Don't use `T(expression)` for casting.
17550 ##### Reason
17552 If `e` is of a built-in type, `T(e)` is equivalent to the error-prone `(T)e`.
17554 ##### Example, bad
17556     int* p = f(x);
17557     auto i = int(p);    // Potential damaging cast; don't or use `reinterpret_cast`
17559     short s = short(i); // potentially narrowing; don't or use `narrow` or `narrow_cast`
17561 ##### Note
17563 The {}-syntax makes the desire for construction explicit and doesn't allow narrowing
17565     f(Foo{bar});
17567 ##### Enforcement
17569 Flag `T(e)` if used for `e` of a built-in type.
17571 ### <a name="Pro-type-init"></a>Type.5: Don't use a variable before it has been initialized.
17573 [ES.20: Always initialize an object](#Res-always) is required.
17575 ### <a name="Pro-type-memberinit"></a>Type.6: Always initialize a member variable.
17577 ##### Reason
17579 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.
17581 ##### Example
17583     struct X { int i; };
17585     X x;
17586     use(x); // BAD, x has not been initialized
17588     X x2{}; // GOOD
17589     use(x2);
17591 ##### Enforcement
17593 * 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.
17594 * Issue a diagnostic when constructing an object of a trivially constructible type without `()` or `{}` to initialize its members. To fix: Add `()` or `{}`.
17596 ### <a name="Pro-type-unions"></a>Type.7: Avoid accessing members of raw unions. Prefer `variant` instead.
17598 ##### Reason
17600 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.
17602 ##### Example
17604     union U { int i; double d; };
17606     U u;
17607     u.i = 42;
17608     use(u.d); // BAD, undefined
17610     variant<int, double> u;
17611     u = 42; // u now contains int
17612     use(u.get<int>()); // ok
17613     use(u.get<double>()); // throws ??? update this when standardization finalizes the variant design
17615 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.
17617 ##### Enforcement
17619 * Issue a diagnostic for accessing a member of a union. To fix: Use a `variant` instead.
17621 ### <a name="Pro-type-varargs"></a>Type.8: Avoid reading from varargs or passing vararg arguments. Prefer variadic template parameters instead.
17623 ##### Reason
17625 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.
17627 ##### Example
17629     int sum(...) {
17630         // ...
17631         while (/*...*/)
17632             result += va_arg(list, int); // BAD, assumes it will be passed ints
17633         // ...
17634     }
17636     sum(3, 2); // ok
17637     sum(3.14159, 2.71828); // BAD, undefined
17639     template<class ...Args>
17640     auto sum(Args... args) { // GOOD, and much more flexible
17641         return (... + args); // note: C++17 "fold expression"
17642     }
17644     sum(3, 2); // ok: 5
17645     sum(3.14159, 2.71828); // ok: ~5.85987
17647 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.
17649 ##### Enforcement
17651 * Issue a diagnostic for using `va_list`, `va_start`, or `va_arg`. To fix: Use a variadic template parameter list instead.
17652 * 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)]]`.
17654 ## <a name="SS-bounds"></a>Pro.bounds: Bounds safety profile
17656 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.
17658 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.)
17660 The following are under consideration but not yet in the rules below, and may be better in other profiles:
17662 * ???
17664 An implementation of this profile shall recognize the following patterns in source code as non-conforming and issue a diagnostic.
17666 Bounds safety profile summary:
17668 * [Bounds.1: Don't use pointer arithmetic. Use `span` instead](#Pro-bounds-arithmetic)
17669 * [Bounds.2: Only index into arrays using constant expressions](#Pro-bounds-arrayindex)
17670 * [Bounds.3: No array-to-pointer decay](#Pro-bounds-decay)
17671 * [Bounds.4: Don't use standard library functions and types that are not bounds-checked](#Pro-bounds-stdlib)
17674 ### <a name="Pro-bounds-arithmetic"></a>Bounds.1: Don't use pointer arithmetic. Use `span` instead.
17676 ##### Reason
17678 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.
17680 ##### Example, bad
17682     void f(int* p, int count)
17683     {
17684         if (count < 2) return;
17686         int* q = p + 1; // BAD
17688         ptrdiff_t d;
17689         int n;
17690         d = (p - &n); // OK
17691         d = (q - p); // OK
17693         int n = *p++; // BAD
17695         if (count < 6) return;
17697         p[4] = 1; // BAD
17699         p[count - 1] = 2; // BAD
17701         use(&p[0], 3); // BAD
17702     }
17704 ##### Example, good
17706     void f(span<int> a) // BETTER: use span in the function declaration
17707     {
17708         if (a.length() < 2) return;
17710         int n = *a++; // OK
17712         span<int> q = a + 1; // OK
17714         if (a.length() < 6) return;
17716         a[4] = 1; // OK
17718         a[count - 1] = 2; // OK
17720         use(a.data(), 3); // OK
17721     }
17723 ##### Enforcement
17725 Issue a diagnostic for any arithmetic operation on an expression of pointer type that results in a value of pointer type.
17727 ### <a name="Pro-bounds-arrayindex"></a>Bounds.2: Only index into arrays using constant expressions.
17729 ##### Reason
17731 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.
17733 ##### Example, bad
17735     void f(array<int, 10> a, int pos)
17736     {
17737         a[pos / 2] = 1; // BAD
17738         a[pos - 1] = 2; // BAD
17739         a[-1] = 3;    // BAD -- no replacement, just don't do this
17740         a[10] = 4;    // BAD -- no replacement, just don't do this
17741     }
17743 ##### Example, good
17745     // ALTERNATIVE A: Use a span
17747     // A1: Change parameter type to use span
17748     void f1(span<int, 10> a, int pos)
17749     {
17750         a[pos / 2] = 1; // OK
17751         a[pos - 1] = 2; // OK
17752     }
17754     // A2: Add local span and use that
17755     void f2(array<int, 10> arr, int pos)
17756     {
17757         span<int> a = {arr, pos}
17758         a[pos / 2] = 1; // OK
17759         a[pos - 1] = 2; // OK
17760     }
17762     // ALTERNATIVE B: Use at() for access
17763     void f3(array<int, 10> a, int pos)
17764     {
17765         at(a, pos / 2) = 1; // OK
17766         at(a, pos - 1) = 2; // OK
17767     }
17769 ##### Example, bad
17771     void f()
17772     {
17773         int arr[COUNT];
17774         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
17775             arr[i] = i; // BAD, cannot use non-constant indexer
17776     }
17778 ##### Example, good
17780     // ALTERNATIVE A: Use a span
17781     void f1()
17782     {
17783         int arr[COUNT];
17784         span<int> av = arr;
17785         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
17786             av[i] = i;
17787     }
17789     // ALTERNATIVE B: Use at() for access
17790     void f2()
17791     {
17792         int arr[COUNT];
17793         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
17794             at(arr, i) = i;
17795     }
17797 ##### Enforcement
17799 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.
17801 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.
17803 **Rewrite support**: Tooling can offer rewrites of array accesses that involve dynamic index expressions to use `at()` instead:
17805     static int a[10];
17807     void f(int i, int j)
17808     {
17809         a[i + j] = 12;      // BAD, could be rewritten as ...
17810         at(a, i + j) = 12;  // OK -- bounds-checked
17811     }
17813 ### <a name="Pro-bounds-decay"></a>Bounds.3: No array-to-pointer decay.
17815 ##### Reason
17817 Pointers should not be used as arrays. `span` is a bounds-checked, safe alternative to using pointers to access arrays.
17819 ##### Example, bad
17821     void g(int* p, size_t length);
17823     void f()
17824     {
17825         int a[5];
17826         g(a, 5);        // BAD
17827         g(&a[0], 1);    // OK
17828     }
17830 ##### Example, good
17832     void g(int* p, size_t length);
17833     void g1(span<int> av); // BETTER: get g() changed.
17835     void f()
17836     {
17837         int a[5];
17838         span<int> av = a;
17840         g(av.data(), av.length());   // OK, if you have no choice
17841         g1(a);                       // OK -- no decay here, instead use implicit span ctor
17842     }
17844 ##### Enforcement
17846 Issue a diagnostic for any expression that would rely on implicit conversion of an array type to a pointer type.
17848 ### <a name="Pro-bounds-stdlib"></a>Bounds.4: Don't use standard library functions and types that are not bounds-checked.
17850 ##### Reason
17852 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()`.
17854 ##### Example, bad
17856     void f()
17857     {
17858         array<int, 10> a, b;
17859         memset(a.data(), 0, 10);         // BAD, and contains a length error (length = 10 * sizeof(int))
17860         memcmp(a.data(), b.data(), 10);  // BAD, and contains a length error (length = 10 * sizeof(int))
17861     }
17863 Also, `std::array<>::fill()` or `std::fill()` or even an empty initializer are better candidate than `memset()`.
17865 ##### Example, good
17867     void f()
17868     {
17869         array<int, 10> a, b, c{};       // c is initialized to zero
17870         a.fill(0);
17871         fill(b.begin(), b.end(), 0);    // std::fill()
17872         fill(b, 0);                     // std::fill() + Ranges TS
17874         if ( a == b ) {
17875           // ...
17876         }
17877     }
17879 ##### Example
17881 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.
17883     void f(std::vector<int>& v, std::array<int, 12> a, int i)
17884     {
17885         v[0] = a[0];        // BAD
17886         v.at(0) = a[0];     // OK (alternative 1)
17887         at(v, 0) = a[0];    // OK (alternative 2)
17889         v.at(0) = a[i];     // BAD
17890         v.at(0) = a.at(i);  // OK (alternative 1)
17891         v.at(0) = at(a, i); // OK (alternative 2)
17892     }
17894 ##### Enforcement
17896 * Issue a diagnostic for any call to a standard library function that is not bounds-checked. ??? insert link to a list of banned functions
17898 **TODO Notes**:
17900 * Impact on the standard library will require close coordination with WG21, if only to ensure compatibility even if never standardized.
17901 * We are considering specifying bounds-safe overloads for stdlib (especially C stdlib) functions like `memcmp` and shipping them in the GSL.
17902 * 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).
17904 ## <a name="SS-lifetime"></a>Pro.lifetime: Lifetime safety profile
17906 See /docs folder for the initial design. The formal rules are in progress (as of March 2017).
17908 # <a name="S-gsl"></a>GSL: Guideline support library
17910 The GSL is a small library of facilities designed to support this set of guidelines.
17911 Without these facilities, the guidelines would have to be far more restrictive on language details.
17913 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.
17915 The GSL is header only, and can be found at [GSL: Guideline support library](https://github.com/Microsoft/GSL).
17916 The support library facilities are designed to be extremely lightweight (zero-overhead) so that they impose no overhead compared to using conventional alternatives.
17917 Where desirable, they can be "instrumented" with additional functionality (e.g., checks) for tasks such as debugging.
17919 These Guidelines assume a `variant` type, but this is not currently in GSL.
17920 Eventually, use [the one voted into C++17](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0088r3.html).
17922 Summary of GSL components:
17924 * [GSL.view: Views](#SS-views)
17925 * [GSL.owner](#SS-ownership)
17926 * [GSL.assert: Assertions](#SS-assertions)
17927 * [GSL.util: Utilities](#SS-utilities)
17928 * [GSL.concept: Concepts](#SS-gsl-concepts)
17930 We plan for a "ISO C++ standard style" semi-formal specification of the GSL.
17932 We rely on the ISO C++ standard library and hope for parts of the GSL to be absorbed into the standard library.
17934 ## <a name="SS-views"></a>GSL.view: Views
17936 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.
17938 These "views" are never owners.
17940 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.
17942 The names are mostly ISO standard-library style (lower case and underscore):
17944 * `T*`      // The `T*` is not an owner, may be null; assumed to be pointing to a single element.
17945 * `T&`      // The `T&` is not an owner and can never be a "null reference"; references are always bound to objects.
17947 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.
17948 Owners should be converted to resource handles (e.g., `unique_ptr` or `vector<T>`) or marked `owner<T*>`.
17950 * `owner<T*>`   // a `T*` that owns the object pointed/referred to; may be `nullptr`.
17952 `owner` is used to mark owning pointers in code that cannot be upgraded to use proper resource handles.
17953 Reasons for that include:
17955 * Cost of conversion.
17956 * The pointer is used with an ABI.
17957 * The pointer is part of the implementation of a resource handle.
17959 An `owner<T>` differs from a resource handle for a `T` by still requiring an explicit `delete`.
17961 An `owner<T>` is assumed to refer to an object on the free store (heap).
17963 If something is not supposed to be `nullptr`, say so:
17965 * `not_null<T>`   // `T` is usually a pointer type (e.g., `not_null<int*>` and `not_null<owner<Foo*>>`) that may not be `nullptr`.
17966   `T` can be any type for which `==nullptr` is meaningful.
17968 * `span<T>`       // `[`p`:`p+n`)`, constructor from `{p, q}` and `{p, n}`; `T` is the pointer type
17969 * `span_p<T>`     // `{p, predicate}` \[`p`:`q`) where `q` is the first element for which `predicate(*p)` is true
17970 * `string_span`   // `span<char>`
17971 * `cstring_span`  // `span<const char>`
17973 A `span<T>` refers to zero or more mutable `T`s unless `T` is a `const` type.
17975 "Pointer arithmetic" is best done within `span`s.
17976 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`.
17978 * `zstring`    // a `char*` supposed to be a C-style string; that is, a zero-terminated sequence of `char` or `nullptr`
17979 * `czstring`   // a `const char*` supposed to be a C-style string; that is, a zero-terminated sequence of `const` `char` or `nullptr`
17981 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.
17982 A sequence of characters that is not assumed to be zero-terminated should be a `char*`, rather than a `zstring`.
17983 French accent optional.
17985 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?
17987 ## <a name="SS-ownership"></a>GSL.owner: Ownership pointers
17989 * `unique_ptr<T>`     // unique ownership: `std::unique_ptr<T>`
17990 * `shared_ptr<T>`     // shared ownership: `std::shared_ptr<T>` (a counted pointer)
17991 * `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.
17992 * `dyn_array<T>`      // ??? needed ??? A heap-allocated array. The number of elements are determined at construction and fixed thereafter.
17993   The elements are mutable unless `T` is a `const` type. Basically a `span` that allocates and owns its elements.
17995 ## <a name="SS-assertions"></a>GSL.assert: Assertions
17997 * `Expects`     // precondition assertion. Currently placed in function bodies. Later, should be moved to declarations.
17998                 // `Expects(p)` terminates the program unless `p == true`
17999                 // `Expect` in under control of some options (enforcement, error message, alternatives to terminate)
18000 * `Ensures`     // postcondition assertion. Currently placed in function bodies. Later, should be moved to declarations.
18002 These assertions is currently macros (yuck!) and must appear in function definitions (only)
18003 pending standard commission decisions on contracts and assertion syntax.
18004 See [the contract proposal](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0380r1.pdf); using the attribute syntax,
18005 for example, `Expects(p!=nullptr)` will become `[[expects: p!=nullptr]]`.
18007 ## <a name="SS-utilities"></a>GSL.util: Utilities
18009 * `finally`       // `finally(f)` makes a `final_action{f}` with a destructor that invokes `f`
18010 * `narrow_cast`   // `narrow_cast<T>(x)` is `static_cast<T>(x)`
18011 * `narrow`        // `narrow<T>(x)` is `static_cast<T>(x)` if `static_cast<T>(x) == x` or it throws `narrowing_error`
18012 * `[[implicit]]`  // "Marker" to put on single-argument constructors to explicitly make them non-explicit.
18013 * `move_owner`    // `p = move_owner(q)` means `p = q` but ???
18015 ## <a name="SS-gsl-concepts"></a>GSL.concept: Concepts
18017 These concepts (type predicates) are borrowed from
18018 Andrew Sutton's Origin library,
18019 the Range proposal,
18020 and the ISO WG21 Palo Alto TR.
18021 They are likely to be very similar to what will become part of the ISO C++ standard.
18022 The notation is that of the ISO WG21 [Concepts TS](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
18023 Most of the concepts below are defined in [the Ranges TS](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4569.pdf).
18025 * `Range`
18026 * `String`   // ???
18027 * `Number`   // ???
18028 * `Sortable`
18029 * `Pointer`  // A type with `*`, `->`, `==`, and default construction (default construction is assumed to set the singular "null" value); see [smart pointers](#SS-gsl-smartptrconcepts)
18030 * `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)
18031 * `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)
18032 * `EqualityComparable`   // ???Must we suffer CaMelcAse???
18033 * `Convertible`
18034 * `Common`
18035 * `Boolean`
18036 * `Integral`
18037 * `SignedIntegral`
18038 * `SemiRegular` // ??? Copyable?
18039 * `Regular`
18040 * `TotallyOrdered`
18041 * `Function`
18042 * `RegularFunction`
18043 * `Predicate`
18044 * `Relation`
18045 * ...
18047 ### <a name="SS-gsl-smartptrconcepts"></a>Smart pointer concepts
18049 Described in [Lifetimes paper](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/docs/Lifetimes%20I%20and%20II%20-%20v0.9.1.pdf).
18051 # <a name="S-naming"></a>NL: Naming and layout rules
18053 Consistent naming and layout are helpful.
18054 If for no other reason because it minimizes "my style is better than your style" arguments.
18055 However, there are many, many, different styles around and people are passionate about them (pro and con).
18056 Also, most real-world projects includes code from many sources, so standardizing on a single style for all code is often impossible.
18057 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.
18058 IDEs and tools can help (as well as hinder).
18060 Naming and layout rules:
18062 * [NL.1: Don't say in comments what can be clearly stated in code](#Rl-comments)
18063 * [NL.2: State intent in comments](#Rl-comments-intent)
18064 * [NL.3: Keep comments crisp](#Rl-comments-crisp)
18065 * [NL.4: Maintain a consistent indentation style](#Rl-indent)
18066 * [NL.5: Don't encode type information in names](#Rl-name-type)
18067 * [NL.7: Make the length of a name roughly proportional to the length of its scope](#Rl-name-length)
18068 * [NL.8: Use a consistent naming style](#Rl-name)
18069 * [NL.9: Use `ALL_CAPS` for macro names only](#Rl-all-caps)
18070 * [NL.10: Avoid CamelCase](#Rl-camel)
18071 * [NL.15: Use spaces sparingly](#Rl-space)
18072 * [NL.16: Use a conventional class member declaration order](#Rl-order)
18073 * [NL.17: Use K&R-derived layout](#Rl-knr)
18074 * [NL.18: Use C++-style declarator layout](#Rl-ptr)
18075 * [NL.19: Avoid names that are easily misread](#Rl-misread)
18076 * [NL.20: Don't place two statements on the same line](#Rl-stmt)
18077 * [NL.21: Declare one name (only) per declaration](#Rl-dcl)
18078 * [NL.25: Don't use `void` as an argument type](#Rl-void)
18079 * [NL.26: Use conventional `const` notation](#Rl-const)
18081 Most of these rules are aesthetic and programmers hold strong opinions.
18082 IDEs also tend to have defaults and a range of alternatives.
18083 These rules are suggested defaults to follow unless you have reasons not to.
18085 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.
18086 We are not "legislating" (see the previous paragraph).
18087 However, we have had many requests for a set of naming and layout conventions to use when there are no external constraints.
18089 More specific and detailed rules are easier to enforce.
18091 These rules bear a strong resemblance to the recommendations in the [PPP Style Guide](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf)
18092 written in support of Stroustrup's [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html).
18094 ### <a name="Rl-comments"></a>NL.1: Don't say in comments what can be clearly stated in code
18096 ##### Reason
18098 Compilers do not read comments.
18099 Comments are less precise than code.
18100 Comments are not updated as consistently as code.
18102 ##### Example, bad
18104     auto x = m * v1 + vv;   // multiply m with v1 and add the result to vv
18106 ##### Enforcement
18108 Build an AI program that interprets colloquial English text and see if what is said could be better expressed in C++.
18110 ### <a name="Rl-comments-intent"></a>NL.2: State intent in comments
18112 ##### Reason
18114 Code says what is done, not what is supposed to be done. Often intent can be stated more clearly and concisely than the implementation.
18116 ##### Example
18118     void stable_sort(Sortable& c)
18119         // sort c in the order determined by <, keep equal elements (as defined by ==) in
18120         // their original relative order
18121     {
18122         // ... quite a few lines of non-trivial code ...
18123     }
18125 ##### Note
18127 If the comment and the code disagrees, both are likely to be wrong.
18129 ### <a name="Rl-comments-crisp"></a>NL.3: Keep comments crisp
18131 ##### Reason
18133 Verbosity slows down understanding and makes the code harder to read by spreading it around in the source file.
18135 ##### Note
18137 Use intelligible English.
18138 I may be fluent in Danish, but most programmers are not; the maintainers of my code may not be.
18139 Avoid SMS lingo and watch your grammar, punctuation, and capitalization.
18140 Aim for professionalism, not "cool."
18142 ##### Enforcement
18144 not possible.
18146 ### <a name="Rl-indent"></a>NL.4: Maintain a consistent indentation style
18148 ##### Reason
18150 Readability. Avoidance of "silly mistakes."
18152 ##### Example, bad
18154     int i;
18155     for (i = 0; i < max; ++i); // bug waiting to happen
18156     if (i == j)
18157         return i;
18159 ##### Note
18161 Always indenting the statement after `if (...)`, `for (...)`, and `while (...)` is usually a good idea:
18163     if (i < 0) error("negative argument");
18165     if (i < 0)
18166         error("negative argument");
18168 ##### Enforcement
18170 Use a tool.
18172 ### <a name="Rl-name-type"></a>NL.5 Don't encode type information in names
18174 ##### Rationale
18176 If names reflect types rather than functionality, it becomes hard to change the types used to provide that functionality.
18177 Also, if the type of a variable is changed, code using it will have to be modified.
18178 Minimize unintentional conversions.
18180 ##### Example, bad
18182     void print_int(int i);
18183     void print_string(const char*);
18185     print_int(1);   // OK
18186     print_int(x);   // conversion to int if x is a double
18188 ##### Note
18190 Names with types encoded are either verbose or cryptic.
18192     printS  // print a std::string
18193     prints  // print a C-style string
18194     printi  // print an int
18196 PS. Hungarian notation is evil (at least in a strongly statically-typed language).
18198 ##### Note
18200 Some styles distinguishes members from local variable, and/or from global variable.
18202     struct S {
18203         int m_;
18204         S(int m) :m_{abs(m)} { }
18205     };
18207 This is not evil.
18209 ##### Note
18211 Like C++, some styles distinguishes types from non-types.
18212 For example, by capitalizing type names, but not the names of functions and variables.
18214     typename<typename T>
18215     class Hash_tbl {   // maps string to T
18216         // ...
18217     };
18219     Hash_tbl<int> index;
18221 This is not evil.
18223 ### <a name="Rl-name-length"></a>NL.7: Make the length of a name roughly proportional to the length of its scope
18225 **Rationale**: The larger the scope the greater the chance of confusion and of an unintended name clash.
18227 ##### Example
18229     double sqrt(double x);   // return the square root of x; x must be non-negative
18231     int length(const char* p);  // return the number of characters in a zero-terminated C-style string
18233     int length_of_string(const char zero_terminated_array_of_char[])    // bad: verbose
18235     int g;      // bad: global variable with a cryptic name
18237     int open;   // bad: global variable with a short, popular name
18239 The use of `p` for pointer and `x` for a floating-point variable is conventional and non-confusing in a restricted scope.
18241 ##### Enforcement
18245 ### <a name="Rl-name"></a>NL.8: Use a consistent naming style
18247 **Rationale**: Consistence in naming and naming style increases readability.
18249 ##### Note
18251 There are many styles and when you use multiple libraries, you can't follow all their different conventions.
18252 Choose a "house style", but leave "imported" libraries with their original style.
18254 ##### Example
18256 ISO Standard, use lower case only and digits, separate words with underscores:
18258 * `int`
18259 * `vector`
18260 * `my_map`
18262 Avoid double underscores `__`.
18264 ##### Example
18266 [Stroustrup](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf):
18267 ISO Standard, but with upper case used for your own types and concepts:
18269 * `int`
18270 * `vector`
18271 * `My_map`
18273 ##### Example
18275 CamelCase: capitalize each word in a multi-word identifier:
18277 * `int`
18278 * `vector`
18279 * `MyMap`
18280 * `myMap`
18282 Some conventions capitalize the first letter, some don't.
18284 ##### Note
18286 Try to be consistent in your use of acronyms and lengths of identifiers:
18288     int mtbf {12};
18289     int mean_time_between_failures {12}; // make up your mind
18291 ##### Enforcement
18293 Would be possible except for the use of libraries with varying conventions.
18295 ### <a name="Rl-all-caps"></a>NL.9: Use `ALL_CAPS` for macro names only
18297 ##### Reason
18299 To avoid confusing macros with names that obey scope and type rules.
18301 ##### Example
18303     void f()
18304     {
18305         const int SIZE{1000};  // Bad, use 'size' instead
18306         int v[SIZE];
18307     }
18309 ##### Note
18311 This rule applies to non-macro symbolic constants:
18313     enum bad { BAD, WORSE, HORRIBLE }; // BAD
18315 ##### Enforcement
18317 * Flag macros with lower-case letters
18318 * Flag `ALL_CAPS` non-macro names
18320 ### <a name="Rl-camel"></a>NL.10: Avoid CamelCase
18322 ##### Reason
18324 The use of underscores to separate parts of a name is the original C and C++ style and used in the C++ standard library.
18325 If you prefer CamelCase, you have to choose among different flavors of camelCase.
18327 ##### Note
18329 This rule is a default to use only if you have a choice.
18330 Often, you don't have a choice and must follow an established style for [consistency](#Rl-name).
18331 The need for consistency beats personal taste.
18333 ##### Example
18335 [Stroustrup](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf):
18336 ISO Standard, but with upper case used for your own types and concepts:
18338 * `int`
18339 * `vector`
18340 * `My_map`
18342 ##### Enforcement
18344 Impossible.
18346 ### <a name="Rl-space"></a>NL.15: Use spaces sparingly
18348 ##### Reason
18350 Too much space makes the text larger and distracts.
18352 ##### Example, bad
18354     #include < map >
18356     int main(int argc, char * argv [ ])
18357     {
18358         // ...
18359     }
18361 ##### Example
18363     #include<map>
18365     int main(int argc, char* argv[])
18366     {
18367         // ...
18368     }
18370 ##### Note
18372 Some IDEs have their own opinions and add distracting space.
18374 ##### Note
18376 We value well-placed whitespace as a significant help for readability. Just don't overdo it.
18378 ### <a name="Rl-order"></a>NL.16: Use a conventional class member declaration order
18380 ##### Reason
18382 A conventional order of members improves readability.
18384 When declaring a class use the following order
18386 * types: classes, enums, and aliases (`using`)
18387 * constructors, assignments, destructor
18388 * functions
18389 * data
18391 Use the `public` before `protected` before `private` order.
18393 Private types and functions can be placed with private data.
18395 Avoid multiple blocks of declarations of one access (e.g., `public`) dispersed among blocks of declarations with different access (e.g. `private`).
18397 ##### Example
18399     class X {
18400     public:
18401         // interface
18402     protected:
18403         // unchecked function for use by derived class implementations
18404     private:
18405         // implementation details
18406     };
18408 ##### Note
18410 The use of macros to declare groups of members often violates any ordering rules.
18411 However, macros obscures what is being expressed anyway.
18413 ##### Enforcement
18415 Flag departures from the suggested order. There will be a lot of old code that doesn't follow this rule.
18417 ### <a name="Rl-knr"></a>NL.17: Use K&R-derived layout
18419 ##### Reason
18421 This is the original C and C++ layout. It preserves vertical space well. It distinguishes different language constructs (such as functions and classes) well.
18423 ##### Note
18425 In the context of C++, this style is often called "Stroustrup".
18427 ##### Example
18429     struct Cable {
18430         int x;
18431         // ...
18432     };
18434     double foo(int x)
18435     {
18436         if (0 < x) {
18437             // ...
18438         }
18440         switch (x) {
18441             case 0:
18442                 // ...
18443                 break;
18444             case amazing:
18445                 // ...
18446                 break;
18447             default:
18448                 // ...
18449                 break;
18450         }
18452         if (0 < x)
18453             ++x;
18455         if (x < 0)
18456             something();
18457         else
18458             something_else();
18460         return some_value;
18461     }
18463 Note the space between `if` and `(`
18465 ##### Note
18467 Use separate lines for each statement, the branches of an `if`, and the body of a `for`.
18469 ##### Note
18471 The `{` for a `class` and a `struct` in *not* on a separate line, but the `{` for a function is.
18473 ##### Note
18475 Capitalize the names of your user-defined types to distinguish them from standards-library types.
18477 ##### Note
18479 Do not capitalize function names.
18481 ##### Enforcement
18483 If you want enforcement, use an IDE to reformat.
18485 ### <a name="Rl-ptr"></a>NL.18: Use C++-style declarator layout
18487 ##### Reason
18489 The C-style layout emphasizes use in expressions and grammar, whereas the C++-style emphasizes types.
18490 The use in expressions argument doesn't hold for references.
18492 ##### Example
18494     T& operator[](size_t);   // OK
18495     T &operator[](size_t);   // just strange
18496     T & operator[](size_t);   // undecided
18498 ##### Enforcement
18500 Impossible in the face of history.
18503 ### <a name="Rl-misread"></a>NL.19: Avoid names that are easily misread
18505 ##### Reason
18507 Readability.
18508 Not everyone has screens and printers that make it easy to distinguish all characters.
18509 We easily confuse similarly spelled and slightly misspelled words.
18511 ##### Example
18513     int oO01lL = 6; // bad
18515     int splunk = 7;
18516     int splonk = 8; // bad: splunk and splonk are easily confused
18518 ##### Enforcement
18522 ### <a name="Rl-stmt"></a>NL.20: Don't place two statements on the same line
18524 ##### Reason
18526 Readability.
18527 It is really easy to overlook a statement when there is more on a line.
18529 ##### Example
18531     int x = 7; char* p = 29;    // don't
18532     int x = 7; f(x);  ++x;      // don't
18534 ##### Enforcement
18536 Easy.
18538 ### <a name="Rl-dcl"></a>NL.21: Declare one name (only) per declaration
18540 ##### Reason
18542 Readability.
18543 Minimizing confusion with the declarator syntax.
18545 ##### Note
18547 For details, see [ES.10](#Res-name-one).
18550 ### <a name="Rl-void"></a>NL.25: Don't use `void` as an argument type
18552 ##### Reason
18554 It's verbose and only needed where C compatibility matters.
18556 ##### Example
18558     void f(void);   // bad
18560     void g();       // better
18562 ##### Note
18564 Even Dennis Ritchie deemed `void f(void)` an abomination.
18565 You can make an argument for that abomination in C when function prototypes were rare so that banning:
18567     int f();
18568     f(1, 2, "weird but valid C89");   // hope that f() is defined int f(a, b, c) char* c; { /* ... */ }
18570 would have caused major problems, but not in the 21st century and in C++.
18572 ### <a name="Rl-const"></a>NL.26: Use conventional `const` notation
18574 ##### Reason
18576 Conventional notation is more familiar to more programmers.
18577 Consistency in large code bases.
18579 ##### Example
18581     const int x = 7;    // OK
18582     int const y = 9;    // bad
18584     const int *const p = nullptr;   // OK, constant pointer to constant int
18585     int const *const p = nullptr;   // bad, constant pointer to constant int
18587 ##### Note
18589 We are well aware that you could claim the "bad" examples more logical than the ones marked "OK",
18590 but they also confuse more people, especially novices relying on teaching material using the far more common, conventional OK style.
18592 As ever, remember that the aim of these naming and layout rules is consistency and that aesthetics vary immensely.
18594 ##### Enforcement
18596 Flag `const` used as a suffix for a type.
18598 # <a name="S-faq"></a>FAQ: Answers to frequently asked questions
18600 This section covers answers to frequently asked questions about these guidelines.
18602 ### <a name="Faq-aims"></a>FAQ.1: What do these guidelines aim to achieve?
18604 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.
18606 ### <a name="Faq-announced"></a>FAQ.2: When and where was this work first announced?
18608 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).
18610 ### <a name="Faq-maintainers"></a>FAQ.3: Who are the authors and maintainers of these guidelines?
18612 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!"
18614 ### <a name="Faq-contribute"></a>FAQ.4: How can I contribute?
18616 See [CONTRIBUTING.md](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/CONTRIBUTING.md). We appreciate volunteer help!
18618 ### <a name="Faq-maintainer"></a>FAQ.5: How can I become an editor/maintainer?
18620 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!
18622 ### <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?
18624 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.
18626 ### <a name="Faq-isocpp"></a>FAQ.7: If these guidelines are not approved by the committee, why are they under `github.com/isocpp`?
18628 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.
18630 ### <a name="Faq-cpp98"></a>FAQ.8: Will there be a C++98 version of these Guidelines? a C++11 version?
18632 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.
18634 ### <a name="Faq-language-extensions"></a>FAQ.9: Do these guidelines propose new language features?
18636 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.
18638 ### <a name="Faq-markdown"></a>FAQ.10: What version of Markdown do these guidelines use?
18640 These coding standards are written using [CommonMark](http://commonmark.org), and `<a>` HTML anchors.
18642 We are considering the following extensions from [GitHub Flavored Markdown (GFM)](https://help.github.com/articles/github-flavored-markdown/):
18644 * fenced code blocks (consistently using indented vs. fenced is under discussion)
18645 * tables (none yet but we'll likely need them, and this is a GFM extension)
18647 Avoid other HTML tags and other extensions.
18649 Note: We are not yet consistent with this style.
18651 ### <a name="Faq-gsl"></a>FAQ.50: What is the GSL (guideline support library)?
18653 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.
18655 ### <a name="Faq-msgsl"></a>FAQ.51: Is [github.com/Microsoft/GSL](https://github.com/Microsoft/GSL) the GSL?
18657 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.
18659 ### <a name="Faq-gsl-implementation"></a>FAQ.52: Why not supply an actual GSL implementation in/with these guidelines?
18661 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.
18663 ### <a name="Faq-boost"></a>FAQ.53: Why weren't the GSL types proposed through Boost?
18665 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.
18667 ### <a name="Faq-gsl-iso"></a>FAQ.54: Has the GSL (guideline support library) been approved by the ISO C++ standards committee?
18669 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.
18671 ### <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`?
18673 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.
18675 ### <a name="Faq-gsl-owner"></a>FAQ.56: Is `owner` the same as the proposed `observer_ptr`?
18677 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.
18679 ### <a name="Faq-gsl-stack-array"></a>FAQ.57: Is `stack_array` the same as the standard `array`?
18681 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.
18683 ### <a name="Faq-gsl-dyn-array"></a>FAQ.58: Is `dyn_array` the same as `vector` or the proposed `dynarray`?
18685 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.
18687 ### <a name="Faq-gsl-expects"></a>FAQ.59: Is `Expects` the same as `assert`?
18689 No. It is a placeholder for language support for contract preconditions.
18691 ### <a name="Faq-gsl-ensures"></a>FAQ.60: Is `Ensures` the same as `assert`?
18693 No. It is a placeholder for language support for contract postconditions.
18695 # <a name="S-libraries"></a>Appendix A: Libraries
18697 This section lists recommended libraries, and explicitly recommends a few.
18699 ??? Suitable for the general guide? I think not ???
18701 # <a name="S-modernizing"></a>Appendix B: Modernizing code
18703 Ideally, we follow all rules in all code.
18704 Realistically, we have to deal with a lot of old code:
18706 * application code written before the guidelines were formulated or known
18707 * libraries written to older/different standards
18708 * code written under "unusual" constraints
18709 * code that we just haven't gotten around to modernizing
18711 If we have a million lines of new code, the idea of "just changing it all at once" is typically unrealistic.
18712 Thus, we need a way of gradually modernizing a code base.
18714 Upgrading older code to modern style can be a daunting task.
18715 Often, the old code is both a mess (hard to understand) and working correctly (for the current range of uses).
18716 Typically, the original programmer is not around and the test cases incomplete.
18717 The fact that the code is a mess dramatically increases the effort needed to make any change and the risk of introducing errors.
18718 Often, messy old code runs unnecessarily slowly because it requires outdated compilers and cannot take advantage of modern hardware.
18719 In many cases, automated "modernizer"-style tool support would be required for major upgrade efforts.
18721 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.
18722 Making code "look pretty" or "follow modern style" are not by themselves reasons for change.
18723 There are risks implied by every change and costs (including the cost of lost opportunities) implied by having an outdated code base.
18724 The cost reductions must outweigh the risks.
18726 But how?
18728 There is no one approach to modernizing code.
18729 How best to do it depends on the code, the pressure for updates, the backgrounds of the developers, and the available tool.
18730 Here are some (very general) ideas:
18732 * The ideal is "just upgrade everything." That gives the most benefits for the shortest total time.
18733   In most circumstances, it is also impossible.
18734 * 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.
18735 * 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.
18736 * We could start by focusing on the interfaces, e.g., make sure that no resources are lost and no pointer is misused.
18737   This would be a set of changes across the whole code base, but would most likely have huge benefits.
18738   Afterwards, code hidden behind those interfaces can be gradually modernized without affecting other code.
18740 Whichever way you choose, please note that the most advantages come with the highest conformance to the guidelines.
18741 The guidelines are not a random set of unrelated rules where you can randomly pick and choose with an expectation of success.
18743 We would dearly love to hear about experience and about tools used.
18744 Modernization can be much faster, simpler, and safer when supported with analysis tools and even code transformation tools.
18746 # <a name="S-discussion"></a>Appendix C: Discussion
18748 This section contains follow-up material on rules and sets of rules.
18749 In particular, here we present further rationale, longer examples, and discussions of alternatives.
18751 ### <a name="Sd-order"></a>Discussion: Define and initialize member variables in the order of member declaration
18753 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.
18755     class Employee {
18756         string email, first, last;
18757     public:
18758         Employee(const char* firstName, const char* lastName);
18759         // ...
18760     };
18762     Employee::Employee(const char* firstName, const char* lastName)
18763       : first(firstName),
18764         last(lastName),
18765         // BAD: first and last not yet constructed
18766         email(first + "." + last + "@acme.com")
18767     {}
18769 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.
18771 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.
18773 **References**:
18775 [\[Cline99\]](#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
18777 ### <a name="TBD"></a>Use of `=`, `{}`, and `()` as initializers
18781 ### <a name="Sd-factory"></a>Discussion: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization
18783 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:
18785 * *Pass the buck:* Just document that user code must call the post-initialization function right after constructing an object.
18786 * *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.
18787 * *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).)
18788 * *Use a factory function:* This way, you can easily force a mandatory invocation of a post-constructor function.
18790 Here is an example of the last option:
18792     class B {
18793     public:
18794         B() { /* ... */ f(); /* ... */ }   // BAD: see Item 49.1
18796         virtual void f() = 0;
18798         // ...
18799     };
18801     class B {
18802     protected:
18803         B() { /* ... */ }
18804         virtual void PostInitialize()    // called right after construction
18805             { /* ... */ f(); /* ... */ }   // GOOD: virtual dispatch is safe
18806     public:
18807         virtual void f() = 0;
18809         template<class T>
18810         static shared_ptr<T> Create()    // interface for creating objects
18811         {
18812             auto p = make_shared<T>();
18813             p->PostInitialize();
18814             return p;
18815         }
18816     };
18819     class D : public B {                 // some derived class
18820     public:
18821         void f() override { /* ...  */ };
18823     protected:
18824         D() {}
18826         template<class T>
18827         friend shared_ptr<T> B::Create();
18828     };
18830     shared_ptr<D> p = D::Create<D>();    // creating a D object
18832 This design requires the following discipline:
18834 * Derived classes such as `D` must not expose a public constructor. Otherwise, `D`'s users could create `D` objects that don't invoke `PostInitialize`.
18835 * Allocation is limited to `operator new`. `B` can, however, override `new` (see Items 45 and 46).
18836 * `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.
18838 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.
18840 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).
18842 **References**: [\[Alexandrescu01\]](#Alexandrescu01) §3, [\[Boost\]](#Boost), [\[Dewhurst03\]](#Dewhurst03) §75, [\[Meyers97\]](#Meyers97) §46, [\[Stroustrup00\]](#Stroustrup00) §15.4.3, [\[Taligent94\]](#Taligent94)
18844 ### <a name="Sd-dtor"></a>Discussion: Make base class destructors public and virtual, or protected and nonvirtual
18846 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.
18848 ##### Example
18850 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>`:
18852     class Base {
18853     public:
18854         ~Base();                   // BAD, not virtual
18855         virtual ~Base();           // GOOD
18856         // ...
18857     };
18859     class Derived : public Base { /* ... */ };
18861     {
18862         unique_ptr<Base> pb = make_unique<Derived>();
18863         // ...
18864     } // ~pb invokes correct destructor only when ~Base is virtual
18866 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:
18868     class My_policy {
18869     public:
18870         virtual ~My_policy();      // BAD, public and virtual
18871     protected:
18872         ~My_policy();              // GOOD
18873         // ...
18874     };
18876     template<class Policy>
18877     class customizable : Policy { /* ... */ }; // note: private inheritance
18879 ##### Note
18881 This simple guideline illustrates a subtle issue and reflects modern uses of inheritance and object-oriented design principles.
18883 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.
18885 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:
18887 * Whether it should behave virtually or not.
18888 * Whether it should be publicly available to all callers using a pointer to `Base` or else be a hidden internal implementation detail.
18890 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.
18892 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.
18894 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.)
18896 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.
18898 ##### Exception
18900 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.
18902 Consider also this rare case:
18904 * `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.
18905 * 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.
18907 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.
18909 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`.
18911 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.
18913 **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
18915 ### <a name="Sd-noexcept"></a>Discussion: Usage of noexcept
18919 ### <a name="Sd-never-fail"></a>Discussion: Destructors, deallocation, and swap must never fail
18921 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.
18923 ##### Example
18925     class Nefarious {
18926     public:
18927         Nefarious()  { /* code that could throw */ }   // ok
18928         ~Nefarious() { /* code that could throw */ }   // BAD, should not throw
18929         // ...
18930     };
18932 1. `Nefarious` objects are hard to use safely even as local variables:
18935         void test(string& s)
18936         {
18937             Nefarious n;          // trouble brewing
18938             string copy = s;      // copy the string
18939         } // destroy copy and then n
18941     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.
18943 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:
18946         class Innocent_bystander {
18947             Nefarious member;     // oops, poisons the enclosing class's destructor
18948             // ...
18949         };
18951         void test(string& s)
18952         {
18953             Innocent_bystander i; // more trouble brewing
18954             string copy2 = s;      // copy the string
18955         } // destroy copy and then i
18957     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`.
18959 3. You can't reliably create global or static `Nefarious` objects either:
18962         static Nefarious n;       // oops, any destructor exception can't be caught
18964 4. You can't reliably create arrays of `Nefarious`:
18967         void test()
18968         {
18969             std::array<Nefarious, 10> arr; // this line can std::terminate(!)
18970         }
18972     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.
18974 5. You can't use `Nefarious` objects in standard containers:
18977         std::vector<Nefarious> vec(10);   // this line can std::terminate()
18979     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.
18981 ##### Note
18983 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.
18985 Consider the following advice and requirements found in the C++ Standard:
18987 > 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)
18989 > 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)
18991 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.
18992 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`:
18994     T& T::operator=(const T& other) {
18995         auto temp = other;
18996         swap(temp);
18997     }
18999 (See also Item 56. ???)
19001 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).
19003 When using exceptions as your error handling mechanism, always document this behavior by declaring these functions `noexcept`. (See Item 75.)
19005 **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
19007 ## <a name="Sd-consistent"></a>Define Copy, move, and destroy consistently
19009 ##### Reason
19011  ???
19013 ##### Note
19015 If you define a copy constructor, you must also define a copy assignment operator.
19017 ##### Note
19019 If you define a move constructor, you must also define a move assignment operator.
19021 ##### Example
19023     class X {
19024         // ...
19025     public:
19026         X(const X&) { /* stuff */ }
19028         // BAD: failed to also define a copy assignment operator
19030         X(x&&) { /* stuff */ }
19032         // BAD: failed to also define a move assignment operator
19033     };
19035     X x1;
19036     X x2 = x1; // ok
19037     x2 = x1;   // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
19039 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.
19041     class X {
19042         HANDLE hnd;
19043         // ...
19044     public:
19045         ~X() { /* custom stuff, such as closing hnd */ }
19046         // suspicious: no mention of copying or moving -- what happens to hnd?
19047     };
19049     X x1;
19050     X x2 = x1; // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
19051     x2 = x1;   // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
19053 If you define copying, and any base or member has a type that defines a move operation, you should also define a move operation.
19055     class X {
19056         string s; // defines more efficient move operations
19057         // ... other data members ...
19058     public:
19059         X(const X&) { /* stuff */ }
19060         X& operator=(const X&) { /* stuff */ }
19062         // BAD: failed to also define a move construction and move assignment
19063         // (why wasn't the custom "stuff" repeated here?)
19064     };
19066     X test()
19067     {
19068         X local;
19069         // ...
19070         return local;  // pitfall: will be inefficient and/or do the wrong thing
19071     }
19073 If you define any of the copy constructor, copy assignment operator, or destructor, you probably should define the others.
19075 ##### Note
19077 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:
19079 * 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.)
19080 * 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.
19081 * 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.
19083 In many cases, holding properly encapsulated resources using RAII "owning" objects can eliminate the need to write these operations yourself. (See Item 13.)
19085 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.
19087 **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.
19088 In rare cases, classes that have members of strange types (such as reference members) are an exception because they have peculiar copy semantics.
19089 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.)
19091 **References**: [\[C++CS\]](#C++CS) Item 52; [\[Cline99\]](#Cline99) §30.01-14, [\[Koenig97\]](#Koenig97) §4, [\[Stroustrup00\]](#Stroustrup00) §5.5, §10.4, [\[SuttHysl04b\]](#SuttHysl04b)
19093 Resource management rule summary:
19095 * [Provide strong resource safety; that is, never leak anything that you think of as a resource](#Cr-safety)
19096 * [Never throw while holding a resource not owned by a handle](#Cr-never)
19097 * [A "raw" pointer or reference is never a resource handle](#Cr-raw)
19098 * [Never let a pointer outlive the object it points to](#Cr-outlive)
19099 * [Use templates to express containers (and other resource handles)](#Cr-templates)
19100 * [Return containers by value (relying on move or copy elision for efficiency)](#Cr-value-return)
19101 * [If a class is a resource handle, it needs a constructor, a destructor, and copy and/or move operations](#Cr-handle)
19102 * [If a class is a container, give it an initializer-list constructor](#Cr-list)
19104 ### <a name="Cr-safety"></a>Provide strong resource safety; that is, never leak anything that you think of as a resource
19106 ##### Reason
19108 Prevent leaks. Leaks can lead to performance degradation, mysterious error, system crashes, and security violations.
19110 **Alternative formulation**: Have every resource represented as an object of some class managing its lifetime.
19112 ##### Example
19114     template<class T>
19115     class Vector {
19116     // ...
19117     private:
19118         T* elem;   // sz elements on the free store, owned by the class object
19119         int sz;
19120     };
19122 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.).
19124 ##### Example
19126     ??? "odd" non-memory resource ???
19128 ##### Enforcement
19130 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.
19132 ### <a name="Cr-never"></a>Never throw while holding a resource not owned by a handle
19134 ##### Reason
19136 That would be a leak.
19138 ##### Example
19140     void f(int i)
19141     {
19142         FILE* f = fopen("a file", "r");
19143         ifstream is { "another file" };
19144         // ...
19145         if (i == 0) return;
19146         // ...
19147         fclose(f);
19148     }
19150 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:
19152     void f(int i)
19153     {
19154         unique_ptr<FILE, int(*)(FILE*)> f(fopen("a file", "r"), fclose);
19155         // ...
19156         if (i == 0) return;
19157         // ...
19158     }
19160 Better:
19162     void f(int i)
19163     {
19164         ifstream input {"a file"};
19165         // ...
19166         if (i == 0) return;
19167         // ...
19168     }
19170 ##### Enforcement
19172 A checker must consider all "naked pointers" suspicious.
19173 A checker probably must rely on a human-provided list of resources.
19174 For starters, we know about the standard-library containers, `string`, and smart pointers.
19175 The use of `span` and `string_span` should help a lot (they are not resource handles).
19177 ### <a name="Cr-raw"></a>A "raw" pointer or reference is never a resource handle
19179 ##### Reason
19181 To be able to distinguish owners from views.
19183 ##### Note
19185 This is independent of how you "spell" pointer: `T*`, `T&`, `Ptr<T>` and `Range<T>` are not owners.
19187 ### <a name="Cr-outlive"></a>Never let a pointer outlive the object it points to
19189 ##### Reason
19191 To avoid extremely hard-to-find errors. Dereferencing such a pointer is undefined behavior and could lead to violations of the type system.
19193 ##### Example
19195     string* bad()   // really bad
19196     {
19197         vector<string> v = { "This", "will", "cause", "trouble", "!" };
19198         // leaking a pointer into a destroyed member of a destroyed object (v)
19199         return &v[0];
19200     }
19202     void use()
19203     {
19204         string* p = bad();
19205         vector<int> xx = {7, 8, 9};
19206         // undefined behavior: x may not be the string "This"
19207         string x = *p;
19208         // undefined behavior: we don't know what (if anything) is allocated a location p
19209         *p = "Evil!";
19210     }
19212 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.
19214 ##### Enforcement
19216 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.
19218 ### <a name="Cr-templates"></a>Use templates to express containers (and other resource handles)
19220 ##### Reason
19222 To provide statically type-safe manipulation of elements.
19224 ##### Example
19226     template<typename T> class Vector {
19227         // ...
19228         T* elem;   // point to sz elements of type T
19229         int sz;
19230     };
19232 ### <a name="Cr-value-return"></a>Return containers by value (relying on move or copy elision for efficiency)
19234 ##### Reason
19236 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).
19238 ##### Example
19240     vector<int> get_large_vector()
19241     {
19242         return ...;
19243     }
19245     auto v = get_large_vector(); //  return by value is ok, most modern compilers will do copy elision
19247 ##### Exception
19249 See the Exceptions in [F.20](#Rf-out).
19251 ##### Enforcement
19253 Check for pointers and references returned from functions and see if they are assigned to resource handles (e.g., to a `unique_ptr`).
19255 ### <a name="Cr-handle"></a>If a class is a resource handle, it needs a constructor, a destructor, and copy and/or move operations
19257 ##### Reason
19259 To provide complete control of the lifetime of the resource. To provide a coherent set of operations on the resource.
19261 ##### Example
19263     ??? Messing with pointers
19265 ##### Note
19267 If all members are resource handles, rely on the default special operations where possible.
19269     template<typename T> struct Named {
19270         string name;
19271         T value;
19272     };
19274 Now `Named` has a default constructor, a destructor, and efficient copy and move operations, provided `T` has.
19276 ##### Enforcement
19278 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.
19280 ### <a name="Cr-list"></a>If a class is a container, give it an initializer-list constructor
19282 ##### Reason
19284 It is common to need an initial set of elements.
19286 ##### Example
19288     template<typename T> class Vector {
19289     public:
19290         Vector(std::initializer_list<T>);
19291         // ...
19292     };
19294     Vector<string> vs { "Nygaard", "Ritchie" };
19296 ##### Enforcement
19298 When is a class a container? ???
19300 # <a name="S-glossary"></a>Glossary
19302 A relatively informal definition of terms used in the guidelines
19303 (based of the glossary in [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html))
19305 More information on many topics about C++ can be found on the [Standard C++ Foundation](https://isocpp.org)'s site. 
19307 * *ABI* Application Binary Interface, a specification for a specific hardware platform combined with the operating system. Contrast with API.
19308 * *abstract class*: a class that cannot be directly used to create objects; often used to define an interface to derived classes.
19309   A class is made abstract by having a pure virtual function or only protected constructors.
19310 * *abstraction*: a description of something that selectively and deliberately ignores (hides) details (e.g., implementation details); selective ignorance.
19311 * *address*: a value that allows us to find an object in a computer's memory.
19312 * *algorithm*: a procedure or formula for solving a problem; a finite series of computational steps to produce a result.
19313 * *alias*: an alternative way of referring to an object; often a name, pointer, or reference.
19314 * *API* Application Programming Interface, a set of methods that form the communication between various software components. Contrast with ABI.
19315 * *application*: a program or a collection of programs that is considered an entity by its users.
19316 * *approximation*: something (e.g., a value or a design) that is close to the perfect or ideal (value or design).
19317   Often an approximation is a result of trade-offs among ideals.
19318 * *argument*: a value passed to a function or a template, in which it is accessed through a parameter.
19319 * *array*: a homogeneous sequence of elements, usually numbered, e.g., \[0:max).
19320 * *assertion*: a statement inserted into a program to state (assert) that something must always be true at this point in the program.
19321 * *base class*: a class used as the base of a class hierarchy. Typically a base class has one or more virtual functions.
19322 * *bit*: the basic unit of information in a computer. A bit can have the value 0 or the value 1.
19323 * *bug*: an error in a program.
19324 * *byte*: the basic unit of addressing in most computers. Typically, a byte holds 8 bits.
19325 * *class*: a user-defined type that may contain data members, function members, and member types.
19326 * *code*: a program or a part of a program; ambiguously used for both source code and object code.
19327 * *compiler*: a program that turns source code into object code.
19328 * *complexity*: a hard-to-precisely-define notion or measure of the difficulty of constructing a solution to a problem or of the solution itself.
19329   Sometimes complexity is used to (simply) mean an estimate of the number of operations needed to execute an algorithm.
19330 * *computation*: the execution of some code, usually taking some input and producing some output.
19331 * *concept*: (1) a notion, and idea; (2) a set of requirements, usually for a template argument.
19332 * *concrete class*: class for which objects can be created.
19333 * *constant*: a value that cannot be changed (in a given scope); not mutable.
19334 * *constructor*: an operation that initializes ("constructs") an object.
19335   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).
19336 * *container*: an object that holds elements (other objects).
19337 * *copy*: an operation that makes two object have values that compare equal. See also move.
19338 * *correctness*: a program or a piece of a program is correct if it meets its specification.
19339   Unfortunately, a specification can be incomplete or inconsistent, or can fail to meet users' reasonable expectations.
19340   Thus, to produce acceptable code, we sometimes have to do more than just follow the formal specification.
19341 * *cost*: the expense (e.g., in programmer time, run time, or space) of producing a program or of executing it.
19342   Ideally, cost should be a function of complexity.
19343 * *customization point*: ???
19344 * *data*: values used in a computation.
19345 * *debugging*: the act of searching for and removing errors from a program; usually far less systematic than testing.
19346 * *declaration*: the specification of a name with its type in a program.
19347 * *definition*: a declaration of an entity that supplies all information necessary to complete a program using the entity.
19348   Simplified definition: a declaration that allocates memory.
19349 * *derived class*: a class derived from one or more base classes.
19350 * *design*: an overall description of how a piece of software should operate to meet its specification.
19351 * *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.
19352 * *encapsulation*: protecting something meant to be private (e.g., implementation details) from unauthorized access.
19353 * *error*: a mismatch between reasonable expectations of program behavior (often expressed as a requirement or a users' guide) and what a program actually does.
19354 * *executable*: a program ready to be run (executed) on a computer.
19355 * *feature creep*: a tendency to add excess functionality to a program "just in case."
19356 * *file*: a container of permanent information in a computer.
19357 * *floating-point number*: a computer's approximation of a real number, such as 7.93 and 10.78e-3.
19358 * *function*: a named unit of code that can be invoked (called) from different parts of a program; a logical unit of computation.
19359 * *generic programming*: a style of programming focused on the design and efficient implementation of algorithms.
19360   A generic algorithm will work for all argument types that meet its requirements. In C++, generic programming typically uses templates.
19361 * *global variable*: technically, a named object in namespace scope.
19362 * *handle*: a class that allows access to another through a member pointer or reference. See also resource, copy, move.
19363 * *header*: a file containing declarations used to share interfaces between parts of a program.
19364 * *hiding*: the act of preventing a piece of information from being directly seen or accessed.
19365   For example, a name from a nested (inner) scope can prevent that same name from an outer (enclosing) scope from being directly used.
19366 * *ideal*: the perfect version of something we are striving for. Usually we have to make trade-offs and settle for an approximation.
19367 * *implementation*: (1) the act of writing and testing code; (2) the code that implements a program.
19368 * *infinite loop*: a loop where the termination condition never becomes true. See iteration.
19369 * *infinite recursion*: a recursion that doesn't end until the machine runs out of memory to hold the calls.
19370   In reality, such recursion is never infinite but is terminated by some hardware error.
19371 * *information hiding*: the act of separating interface and implementation, thus hiding implementation details not meant for the user's attention and providing an abstraction.
19372 * *initialize*: giving an object its first (initial) value.
19373 * *input*: values used by a computation (e.g., function arguments and characters typed on a keyboard).
19374 * *integer*: a whole number, such as 42 and -99.
19375 * *interface*: a declaration or a set of declarations specifying how a piece of code (such as a function or a class) can be called.
19376 * *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.
19377 * *iteration*: the act of repeatedly executing a piece of code; see recursion.
19378 * *iterator*: an object that identifies an element of a sequence.
19379 * *ISO*, International Organization for Standardization. The C++ language is an ISO standard, ISO/IEC 14882. More information at [iso.org](iso.org).
19380 * *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.
19381 * *lifetime*: the time from the initialization of an object until it becomes unusable (goes out of scope, is deleted, or the program terminates).
19382 * *linker*: a program that combines object code files and libraries into an executable program.
19383 * *literal*: a notation that directly specifies a value, such as 12 specifying the integer value "twelve."
19384 * *loop*: a piece of code executed repeatedly; in C++, typically a for-statement or a while-statement.
19385 * *move*: an operation that transfers a value from one object to another leaving behind a value representing "empty." See also copy.
19386 * *mutable*: changeable; the opposite of immutable, constant, and invariable.
19387 * *object*: (1) an initialized region of memory of a known type which holds a value of that type; (2) a region of memory.
19388 * *object code*: output from a compiler intended as input for a linker (for the linker to produce executable code).
19389 * *object file*: a file containing object code.
19390 * *object-oriented programming*: (OOP) a style of programming focused on the design and use of classes and class hierarchies.
19391 * *operation*: something that can perform some action, such as a function and an operator.
19392 * *output*: values produced by a computation (e.g., a function result or lines of characters written on a screen).
19393 * *overflow*: producing a value that cannot be stored in its intended target.
19394 * *overload*: defining two functions or operators with the same name but different argument (operand) types.
19395 * *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.
19396 * *owner*: an object responsible for releasing a resource.
19397 * *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.
19398 * *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.
19399 * *pointer*: (1) a value used to identify a typed object in memory; (2) a variable holding such a value.
19400 * *post-condition*: a condition that must hold upon exit from a piece of code, such as a function or a loop.
19401 * *pre-condition*: a condition that must hold upon entry into a piece of code, such as a function or a loop.
19402 * *program*: code (possibly with associated data) that is sufficiently complete to be executed by a computer.
19403 * *programming*: the art of expressing solutions to problems as code.
19404 * *programming language*: a language for expressing programs.
19405 * *pseudo code*: a description of a computation written in an informal notation rather than a programming language.
19406 * *pure virtual function*: a virtual function that must be overridden in a derived class.
19407 * *RAII*: ("Resource Acquisition Is Initialization") a basic technique for resource management based on scopes.
19408 * *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.
19409 * *recursion*: the act of a function calling itself; see also iteration.
19410 * *reference*: (1) a value describing the location of a typed value in memory; (2) a variable holding such a value.
19411 * *regular expression*: a notation for patterns in character strings.
19412 * *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.
19413 * *resource*: something that is acquired and must later be released, such as a file handle, a lock, or memory. See also handle, owner.
19414 * *rounding*: conversion of a value to the mathematically nearest value of a less precise type.
19415 * *RTTI*: Run-Time Type Information. ???
19416 * *scope*: the region of program text (source code) in which a name can be referred to.
19417 * *sequence*: elements that can be visited in a linear order.
19418 * *software*: a collection of pieces of code and associated data; often used interchangeably with program.
19419 * *source code*: code as produced by a programmer and (in principle) readable by other programmers.
19420 * *source file*: a file containing source code.
19421 * *specification*: a description of what a piece of code should do.
19422 * *standard*: an officially agreed upon definition of something, such as a programming language.
19423 * *state*: a set of values.
19424 * *STL*: the containers, iterators, and algorithms part of the standard library.
19425 * *string*: a sequence of characters.
19426 * *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.
19427 * *subtype*: derived type; a type that has all the properties of a type and possibly more.
19428 * *supertype*: base type; a type that has a subset of the properties of a type.
19429 * *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.
19430 * *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. 
19431 * *template*: a class or a function parameterized by one or more types or (compile-time) values; the basic C++ language construct supporting generic programming.
19432 * *testing*: a systematic search for errors in a program.
19433 * *trade-off*: the result of balancing several design and implementation criteria.
19434 * *truncation*: loss of information in a conversion from a type into another that cannot exactly represent the value to be converted.
19435 * *type*: something that defines a set of possible values and a set of operations for an object.
19436 * *uninitialized*: the (undefined) state of an object before it is initialized.
19437 * *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.
19438 * *use case*: a specific (typically simple) use of a program meant to test its functionality and demonstrate its purpose.
19439 * *value*: a set of bits in memory interpreted according to a type.
19440 * *variable*: a named object of a given type; contains a value unless uninitialized.
19441 * *virtual function*: a member function that can be overridden in a derived class.
19442 * *word*: a basic unit of memory in a computer, often the unit used to hold an integer.
19444 # <a name="S-unclassified"></a>To-do: Unclassified proto-rules
19446 This is our to-do list.
19447 Eventually, the entries will become rules or parts of rules.
19448 Alternatively, we will decide that no change is needed and delete the entry.
19450 * No long-distance friendship
19451 * Should physical design (what's in a file) and large-scale design (libraries, groups of libraries) be addressed?
19452 * Namespaces
19453 * Don't place using directives in headers
19454 * Avoid using directives in the global scope (except for std, and other "fundamental" namespaces (e.g. experimental))
19455 * 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?
19456 * Should there be inline namespaces (à la `std::literals::*_literals`)?
19457 * Avoid implicit conversions
19458 * 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
19459 * Always initialize variables, use initialization lists for member variables.
19460 * 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. :)
19461 * Use `const`-ness wherever possible: member functions, variables and (yippee) `const_iterators`
19462 * Use `auto`
19463 * `(size)` vs. `{initializers}` vs. `{Extent{size}}`
19464 * Don't overabstract
19465 * Never pass a pointer down the call stack
19466 * falling through a function bottom
19467 * 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?
19468 * 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?
19469 * Speaking of lambdas, what would weigh in on the decision between lambdas and (local?) classes in algorithm calls and other callback scenarios?
19470 * 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?
19471 * What to do with leaks out of temporaries? : `p = (s1 + s2).c_str();`
19472 * pointer/iterator invalidation leading to dangling pointers:
19474         void bad()
19475         {
19476             int* p = new int[700];
19477             int* q = &p[7];
19478             delete p;
19480             vector<int> v(700);
19481             int* q2 = &v[7];
19482             v.resize(900);
19484             // ... use q and q2 ...
19485         }
19487 * LSP
19488 * private inheritance vs/and membership
19489 * avoid static class members variables (race conditions, almost-global variables)
19491 * Use RAII lock guards (`lock_guard`, `unique_lock`, `shared_lock`), never call `mutex.lock` and `mutex.unlock` directly (RAII)
19492 * Prefer non-recursive locks (often used to work around bad reasoning, overhead)
19493 * 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`?
19494 * If two or more mutexes must be acquired at the same time, use `std::lock` (or another deadlock avoidance algorithm?)
19495 * 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.
19496 * 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)
19497 * 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)
19498 * 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)
19500 * rules for arithmetic
19502 # Bibliography
19504 * <a name="Alexandrescu01"></a>
19505   \[Alexandrescu01]:  A. Alexandrescu. Modern C++ Design (Addison-Wesley, 2001).
19506 * <a name="Cplusplus03"></a>
19507   \[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).
19508 * <a name="CplusplusCS"></a>
19509   \[C++CS]:
19510 * <a name="Cargill92"></a>
19511   \[Cargill92]:       T. Cargill. C++ Programming Style (Addison-Wesley, 1992).
19512 * <a name="Cline99"></a>
19513   \[Cline99]:         M. Cline, G. Lomow, and M. Girou. C++ FAQs (2ndEdition) (Addison-Wesley, 1999).
19514 * <a name="Dewhurst03"></a>
19515   \[Dewhurst03]:      S. Dewhurst. C++ Gotchas (Addison-Wesley, 2003).
19516 * <a name="Henricson97"></a>
19517   \[Henricson97]:     M. Henricson and E. Nyquist. Industrial Strength C++ (Prentice Hall, 1997).
19518 * <a name="Koenig97"></a>
19519   \[Koenig97]:        A. Koenig and B. Moo. Ruminations on C++ (Addison-Wesley, 1997).
19520 * <a name="Lakos96"></a>
19521   \[Lakos96]:         J. Lakos. Large-Scale C++ Software Design (Addison-Wesley, 1996).
19522 * <a name="Meyers96"></a>
19523   \[Meyers96]:        S. Meyers. More Effective C++ (Addison-Wesley, 1996).
19524 * <a name="Meyers97"></a>
19525   \[Meyers97]:        S. Meyers. Effective C++ (2nd Edition) (Addison-Wesley, 1997).
19526 * <a name="Meyers15"></a>
19527   \[Meyers15]:        S. Meyers. Effective Modern C++ (O'Reilly, 2015).
19528 * <a name="Murray93"></a>
19529   \[Murray93]:        R. Murray. C++ Strategies and Tactics (Addison-Wesley, 1993).
19530 * <a name="Stroustrup00"></a>
19531   \[Stroustrup00]:    B. Stroustrup. The C++ Programming Language (Special 3rdEdition) (Addison-Wesley, 2000).
19532 * <a name="Stroustrup05"></a>
19533   \[Stroustrup05]:    B. Stroustrup. [A rationale for semantically enhanced library languages](http://www.stroustrup.com/SELLrationale.pdf).
19534 * <a name="Stroustrup13"></a>
19535   \[Stroustrup13]:    B. Stroustrup. [The C++ Programming Language (4th Edition)](http://www.stroustrup.com/4th.html). Addison Wesley 2013.
19536 * <a name="Stroustrup14"></a>
19537   \[Stroustrup14]:    B. Stroustrup. [A Tour of C++](http://www.stroustrup.com/Tour.html).
19538   Addison Wesley 2014.
19539 * <a name="SuttHysl04b"></a>
19540   \[SuttHysl04b]:     H. Sutter and J. Hyslop. "Collecting Shared Objects" (C/C++ Users Journal, 22(8), August 2004).
19541 * <a name="SuttAlex05"></a>
19542   \[SuttAlex05]:      H. Sutter and  A. Alexandrescu. C++ Coding Standards. Addison-Wesley 2005.
19543 * <a name="Sutter00"></a>
19544   \[Sutter00]:        H. Sutter. Exceptional C++ (Addison-Wesley, 2000).
19545 * <a name="Sutter02"></a>
19546   \[Sutter02]:        H. Sutter. More Exceptional C++ (Addison-Wesley, 2002).
19547 * <a name="Sutter04"></a>
19548   \[Sutter04]:        H. Sutter. Exceptional C++ Style (Addison-Wesley, 2004).
19549 * <a name="Taligent94"></a>
19550   \[Taligent94]: Taligent's Guide to Designing Programs (Addison-Wesley, 1994).